EP0071626B1

EP0071626B1 - Verfahren zur Vorbereitung der Reinigung der Brennschale sowie Vorrichtung zur Verbrennung von rückstandsreichen Altölen in einer Brennschale

Info

Publication number: EP0071626B1
Application number: EP82900545A
Authority: EP
Inventors: Georg Stehr; Heinz Asbeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-02-17
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1985-08-21
Also published as: JPS58500297A; DE3105660C2; DE3105660A1; DE3265506D1; WO1982002933A1; EP0071626A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung der bei Verbrennung von brennbaren, rückstandsreichen Altölen in einem Ofen, der an seiner Basis mit einer nach oben offenen Brennschale ausgestattet ist, erforderlichen Reinigung der Brennschale nach Unterbrechung der Brennstoff-Zufuhr und Ausbrennen des noch in der Brennschale befindlichen brennbaren Altöl-Anteils. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Verbrennung von rückstandsreichen, brennbaren Altölen in einer Brennschale, unter Anwendung des vorgenannten Verfahrens.
Unter Altölen werden insbesondere gesammelte Ölgemische verstanden, die im Tankstellenbetrieb anfallen. Die Regenerierung dieser Altöle ist zwar im Prinzip möglich, erfordert jedoch einen Energie- und Leistungseinsatz, der oftmals nicht gerechtfertigt ist. In vielen Fällen werden daher diese Altöle verbrannt. Sie enthalten einen oftmals hohen Schmutzanteil, das heißt zum Beispiel hochviskose Getriebeölreste, Schmierfettanteile, Kohlenstoffpartikel, Metallabrieb und dergleichen. Diese »Altöle« können auch Farbreste, Holzschliff-Teile und Wasser enthalten. Ferner können unter Altölen der eingangs genannten Art auch solche verstanden werden, die Kohlestaub, Teeröle, Bildenöle, Raffinerie-Abfälle, chemische, brennbare Abfälle sowie Kohle-Wasser-Ölgemische enthalten. Wesentlich ist, daß das Gemisch sich bei entsprechender Erwärmung in der Verbrennung selbst unterhält und daß es wenigstens Anteile einer nach Verdampfung brennbaren Flüssigkeit enthält. Die Qualität des Altöls, bezogen auf den Heizwert des Brennstoffes, kann zwischen 0 bis 10 000 kcal liegen. Bei 0 handelt es sich praktisch um reines Wasser. In einem Vorratstank ist daher eine Mischung aller Bestandteile erforderlich, um eine brennbare Altölkonsistenz zu erhalten.
Sogenannte »Altölöfen« sind bekannt, beispielsweise aus der CH-A-368 255. Die bekannte Verbrennungsvorrichtung weist ein säulenförmiges Gehäuse auf, an dessen Basis eine Brennschale angeordnet ist. Der Brennschale wird der Brennstoff über eine Zufuhrleitung dosiert zugeführt. Die Zufuhrleitung endet oberhalb der Brennschale, so daß von ihrer Mündung das Altöl tropfenweise in die Brennschale fällt. Die Vorrichtung wird dadurch gezündet, daß zunächst in die Brennschale zündfähiges Heizöl eingeführt wird und dieses mit Hilfe eines Zünddochtes (»torchon«) entzündet wird. Hat die Brennschale sich ausreichend erwärmt, beginnt der Zustrom des eigentlichen Altöls.
Wird die Altölzufuhr abgestellt, so brennt die Flamme noch eine gwisse Zeit weiter, bis alle verdampfbaren Reste ausgebrannt sind. Während des Ausbrennens erreicht die Temperatur der eigentlichen Brennschale etwa 350 bis 400° C. Diese Temperatur läßt hochviskose, klhlenstoffreiche Bitumenreste, kohlenstoffreiche »Schlakke« usw. in der Brennschale übrig, wobei diese Stoffe eine sehr innige und schwer zu lösende Verbindung mit der Brennschale eingehen. Diese als »Bitumen-Schlacke« bezeichneten Reste müssen daher nach Verbrennung von ca. 30 bis 80 Litern Altöl aus der Schale mühsam herausgekratzt oder -geschlagen werden.
Aus der US-A-3 102 577 ist ein weiterer Rohölbrenner bekannt, der eine im wesentlichen geschlossene Brennschale aufweist, die mit elektrischen Aufheizelementen unterlegt ist. Die Aufheizelemente dienen dazu, in der Zündphase die Brennschale auf die Verdampfungstemperatur des eingesetzten Öles zu erwärmen. Eine Erhitzung der Brennschale zur Durchführung einer Pyrolyse der Verbrennungsreste ist jedoch nicht vorgesehen.
Die AU-B-411325 zeigt ein freiliegendes, schlangenförmiges Heizelement, mit dem eine heiße Zone für die Verdampfung des Brennstoffes am Boden der Brennschale herstellbar ist.
Das Heizelement bildet allerdings Hindernisse bei der Beseitigung der entstehenden verkokten Reste. Eine nachträgliche Erhitzung für eine Pyrolyse der verbleibenden Reste ist nicht vorgesehen.
Schließlich sei auf die FR-A-1 1 388449 hingewiesen, aus der ein Ölbrenner ersichtlich ist, bei dem die Zufuhr des flüssigen Brennstoffes von der Seite her in die Brennschale erfolgt. Die Seitenwände der geschlossenen Brennschale sind im Bodenbereich mit elektrischen Heizelementen versehen. Zwar ist das Problem der Bildung eines verkokten Rückstandes gesehen worden; die Bildung dieser Rückstände soll vermieden werden durch Erreichen einer höheren Brenntemperatur aufgrund der Formgebung und Konstruktion der Brennschale. Es wird aber nicht erwähnt, daß die elektrische Heizung so angelegt ist, daß eine Pyrolyse der Rückstände erfolgen kann.
Es stellt sich damit gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe, zur Verbesserung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von rückstandsreichen, brennbaren Altölen anzugeben, die die Möglichkeit eröffnen, die Reinigung der Brennschale nach dem Verbrennen von Altölen zu erleichtern.
Diese Aurgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Vorbereitung der bei Verbrennung von brennbaren, rückstandsreichen Altölen erforderlichen Reinigung der Brennschale, bei dem die verbleibenden Brennstoff-Reste (Bitumen- Schlacke) in der Brennschale mit Hilfe einer zusätzlich ei!.LUschaltenden, die Brennschale beheizenden Wärmequelle pyrolisiert werden.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe kann damit im Prinzip mit denselben Mitteln erreicht werden, mit denen auch die Verbrennung von fließfähigen Altölen ermöglicht wird. Vor der Zündung des Altöls wird die leere Brennschale mittels der abschaltbaren zusätzlichen Wärmequelle wenigstens partiell auf eine oberhalb der Zünd- und Verdampfungstemperatur des Altöls liegende Temperatur erhitzt. Anschließend wird Altöl auf die erhitzte Schale gebracht und dort, vorzugsweise ohne Zuhilfenahme weiterer Maßnahmen, gezündet. Allerdings ist es auch denkbar, daß zusätzliche Zündhilfsmittel, beispielsweise Glühzünder, verwendet werden.
Nach erfolgter Zündung wird die zusätzliche Wärmequelle abgeschaltet; die Verbrennung des weiter zugeführten Brennstoffes unterhält sich allein.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Verbrennung von rückstandsreichen, brennbaren Altölen unter Anwendung des vorgenannten Verfahrens. Die Vorrichtung umfaßt einen Altölzuflußstutzen sowie eine im unteren Teil einer Brennkammer angeordnete, nach oben offene Brennschale als Verdampfungsvorrichtung, die mit einer unter der Brennschale angeordneten Heizeinrichtung versehen ist. Gekennzeichnet ist die Vorrichtung dadurch, daß im Boden der Brennschale eine partiell stärker erhitzbare Bodenmulde mit einer geriffelten Bodenstruktur ausgebildet ist, die sich unterhalb des Endes des Altöl-Zuflußstutzens befindet. Die vorgenannte Vorrichtung kann selbstverständlich auch mit hochreinen Brennstoffen, beispielsweise auch mit Heizöl EL, betrieben werden, bei denen kaum Aschemengen anfallen. Umgekehrt können jedoch die bekannten, mit Heizöl betriebenen Öfen allerdings auf keinen Fall mit Altöl beheizt werden. Daher ist der technische Aufwand für die im folgenden beschriebene Vorrichtung in erster Linie nur gerechtfertigt für die Verbrennung von rückstandsreichen Altölen.
Da die Temperatur der Brennschale sowohl die Zünd- als auch die Pyrolyse-Temperatur erreichen muß, muß es möglich sein, die Brennschale auf eine Temperatur höher als 400°C zu bringen. Die Pyrolyse wird beispielsweise bei einer Temperatur von 700 bis 800°C durchgeführt, während bei üblichen Altölen, die im Tankstellenbetrieb anfallen, eine Zünd- und Verdampfungstemperatur von ca. 350 bis 400°C ausreichend ist. Durch eine entsprechende Thermostat-Regelvorrichtung können auch verschiedene Temperaturen eingestellt werden, wobei die Brennschalen-Temperatur T zwischen 400 und 800° C liegt.
Zur Einsparung von Energie und zur schnelleren Erwärmung vor dem Zündvorgang ist die Brennschale mit einer, mit einer geriffelten Bodenstruktur versehenen Bodenmulde unterhalb des Endes der Altöl-Zufuhrleitung ausgestattet. Diese Mulde hat einen etwas dünneren Boden und ist lokal mit einer verstärkten Heizung versehen, so daß sie sich in kürzerer Zeit als der übrige Bereich der Brennschale aufheizt. Die Mulde hat einen ovalen oder nierenförmigen Umriß und nimmt etwa ¹/₅ bis ¹/₃ der Bodenfläche der Brennschale ein.
Um das eingangs genannte Verfahren zusätzlich zum üblichen Brennerbetrieb durchführen zu können, ist vorzugsweise unterhalb der Brennschale wenigstens eine zusätzliche Heizvorrichtung angeordnet. Diese zusätzlichen Heizvorrichtungen sind vorzugsweise elektrisch betriebene Heizstangen oder -wendel. Auch eine induktive Beheizung der Brennschale ist möglich. Für besondere Fälle ist auch denkbar, einen zuschaltbaren Gasbrenner mit einer unterhalb der Brennschale endenden Brennlanze einzusetzen. Wesentlich ist, daß das Prinzip der ein- und ausschaltbaren Zusatzheizung gewahrt ist.
Die Brennschale soll vorzugsweise eine relativ hohe Wärmekapazität haben; sie wird daher insbesondere aus Gußeisen (DIN 1493) gegossen und anschließend an ihrer Unterseite plangedreht. An ihrer Oberseite (Flammseite) wird die Brennschale ähnlich wie der Muldenbereich, mit konzentrischen Rillen, Waffelungen oder Bukkeln oder einer anderen oberflächenvergrößernden Riffelstruktur versehen. Diese Struktur hat zur Folge, daß sich das Leidenfrost'sche Phänomen nicht ausbildet; vielmehr führt eine solche Oberflächenstruktur dazu, daß sehr schnell ein guter Wärmekontakt zwischen den Altöltröpfchen und der Oberfläche hergestellt ist. Größe und Durchmesser der Brennschale richten sich nach der Kapazität der Verbrennungsvorrichtung.
Die Ölzufuhrleitung endet vorzugsweise in einer Entfernung von zwischen 2 und 20 cm, vorzugsweise zwischen 7 und 10 cm, oberhalb der Brennschale bzw. der Mulde. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Energie, die in den fallenden Öltröpfchen steckt, diese zerteilt und damit einen schnelleren Verdampfungseffekt möglich macht. Das in der Anfangsphase zu beobachtende Leidenfrost'sche Phänomen, das einer raschen Verdampfung der Tröpfchen entgegenwirkt, wird dann durch die große Anzahl relativ kleiner Tröpfchen praktisch völlig unterdrückt.
Weitere Merkmale, die in den Unteransprüchen genannt sind, werden anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Verbrennung von Altölen gemäß Erfindung, von der Seite gesehen;
Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 von vorne gesehen;
Fig. 3 eine detaillierte Darstellung mit einer anderen Zündvorrichtung;
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Brennschale mit der Mulde;
Fig. 5 und 6 einen Ölzufuhrstutzen mit Reinigungsvorrichtung, von der Seite und von vorne gesehen;
Fig. 7 eine spezielle Art der Frischluftzufuhr.

Die Vorrichtung zur Verbrennung von Altöl gemäß den Fig. 1 und 2 hat die äußere Gestalt einer sogenannten Warmlufttherme. Im Sockel der Vorrichtung ist ein Vorratsbehälter 1 angeordnet, in den das Altöl eingefüllt wird. Der Vorratsbehälter 1 hat beispielsweise ein Fassungsvermögen von 145 Litern. Seitlich am Vorratsbehälter 1 ist ein nach unten vorstehendes Sumpfgefäß 5 angebracht, in dem sich grobe Ablagerungen abscheiden. Oberhalb des Sumpfgefäßes 5, jedoch innerhalb des Vorratsbehälters 1, ist ein zylindrischer Siebkorb 6 rund um das Sumpfgefäß 5 gestellt, der den Eingangsbereich einer dosierenden Ölpumpe abschirmt. Die Ölpumpe 2 ist üblicherweise eine Zahnradpumpe oder eine andere Pumpe, die dosierend das Altöl fördern und zuführen kann.
Wie erkennbar, liegt die Ansaugöffnung der Ölpumpe 2 innerhalb des Siebkorbes 6, aber oberhalb des Sumpfniveaus. Die Ölpumpe 2 wird über eine Welle 4 von einem Motor 3 angetrieben, der oberhalb des Vorratsbehälters auf einem Deckel 9 angeordnet ist. Eine sich an die Ölpumpe 2 anschließende Zuführungsleitung 7 ist aus dem Siebkorb 6 nach oben herausgeführt und leitet das gepumpte Öl zu einem Zuflußstutzen 8. Die Ölpumpe 2 mit ihrem Motor kann zur Ermöglichung der Reinigung nach Abnahme des Deckels 9 aus dem Siebkorb 6 herausgenommen werden. Die Zuflußkapazität liegt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa zwischen 0,5 bis 3 kg Öl pro Stunde. Mittels der Pumpe ist die gepumpte Altölmenge innerhalb dieses Bereiches stufenlos dosierbar.
Unterhalb des als Sockel gestalteten Vorratsbehälters 1 sind vier Tragefüße 17 angebracht, die zum Niveauausgleich höhenverstellbar sind.
Die eigentliche Vorrichtung gemäß Erfindung, im vorliegenden Fall als warmlufterzeugende Therme 10 gestaltet, ist äußerlich in ihren Abmessungen ähnlich bekannten Vorrichtungen gleicher Zweckbestimmung. Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 11, das an seiner Grundseite 12 vom Vorratsbehälter 1 begrenzt ist. An das Kopfteil des Gehäuses 11 ist ein Wärmetauscher 13 angebaut. Eine Abgasleitung 34 führt über eine Esse in die Atmosphäre. Es ist möglich und angebracht, in diese Esse auch noch entsprechende, bekannte Filter einzubauen.
In den unteren Teil des Gehäuses 11 ist ein Brennerkasten 14 eingesetzt, dessen Rückwand einen Teil des Gehäuses 11 bildet. Über Zwischenfüße 15 ist dieser Teil des Gehäuses auf den Vorratsbehälter gestellt. lnnerha!b des Brennerkastens 14 ist ein Brennertopf 18 vorgesehen, der eine zylindrische Wandung besitzt, die in einem Abstand, der etwa der Hälfte des Brennertopf-Durchmessers entspricht, Abstand von der Wand des Brennerkastens 14 hat.
In den Boden des Brennertopfes 18 ist eine Heiz- und Isolierplatte 19 eingelassen, auf die eine Brennschale 21 aufgesetzt ist. Die Brennschale 21 hat eine etwa pfannen- oder tellerförmige Gestalt. Ihre aufrechtstehenden Wände öffnen sich vom Boden 22 der Brennschale 21, so daß die Schale an ihrem oberen Rand eine größere lichte Weite hat, als der Bodenfläche entspricht. Die Brennschale 21 besteht aus Gußeisen, wobei die Wandstärke nach fachmännischen Erfahrungen und Wärmekapazität so bemessen ist, daß eine dauernde Verdampfung und Verbrennung des zulaufenden, flüssigen Altöls gegeben ist. In die Heiz- und Isolierplatte 19, und zwar direkt unterhalb des Bodens der Brennschale 21, ist eine elektrische Widerstandsdraht wendel 23 eingebaut, deren Zuleitungsdrähte unter Beachtung entsprechender Wärmeschutzbedingungen nach außen führen. Mit Hilfe der Wendel 23 kann die Brennschale 21 auf eine Temperatur von 350 bis 800" C (Rotglut) erhitzt werden. Um eine partiell stärkere Erhitzung der Brennschale zu ermöglichen, ist diese in dem Bereich, der direkt unterhalb der Mündung des Zuflußstutzens 8 liegt, mit einer zusätzlichen Heizvorrichtung, nämlich einer weiteren Hochtemperaturwendel 28, versehen. Diese Hochtemperaturwendel 28 liegt direkt unter einer in den Boden 22 der Brennschale 21 eingelassenen Bodenmulde 27, die im vorliegenden Falle eine etwa nierenförmige Gestalt hat (Fig. 4) und etwa 25% der Bodenfläche der Brennschale 21 einnimmt. Die Bodenmulde 27 ist mit einer Riffelstruktur versehen. Sie soll ermöglichen, daß die in die Bodenmulde 27 gefallenen Altöltröpfchen direkt zerschlagen werden und einen möglichst unregelmäßigen, großflächigen Kontakt mit der erhitzten Oberfläche finden. Diese Maßnahmen dienen zur Verhinderung des Leidenfrost'schen Phänomens, das heißt der Ausbildung einer Dampfschicht um die Tröpfchen, die das schnelle Verdampfen verhindert. Bei der Zündung erhitzt sich der Muldenbereich auch wesentlich stärker als der übrige Bereich der Brennschale. Auf eine kleine Menge Altöl wird daher eine erhebliche Wärmemenge konzentriert, so daß diese Menge sofort verdampft. Damit ist die Möglichkeit gegeben, daß schon der erste, auf die Brennschale 21 fallende Tropfen die Zündung herbeiführt, da er im Bereich der Mulde auftrifft und dort zerplatzt und sofort verdampft. Die Zündung dieses ersten Tröpfchens erfolgt in einer Umgebung, in der Luftüberschuß besteht. Es tritt kein Qualm auf, da die Zündung fast explosionsartig erfolgt.
Unterhalb der Brennschale 21 ist ferner ein Temperaturfühler 37 eingebaut, der auch direkt mit der Brennschale 21 verbunden sein kann. Dieser Temperaturfühler dient zur Überwachung und Steuerung der Abläufe, wie sie noch weiter unten beschrieben werden. Wie bereits angedeutet, ist die Brennschale 21 von dem Brennertopf 18 umgeben. Oberhalb des Randes der Brennschale 21 ist der Mantel des Brennertopfes 18 mit zahlreichen Luftbohrungen 20 versehen, durch die hindurch die Verbrennungsluft eintritt. Etwa im oberen Drittel des Brennertopfes 18 ist ein Auflageabsatz 38 in den Mantel eingeprägt, auf dem eine Glühhaube 40 randseitig aufliegt. Diese, aus Stahlguß bestehende, auf Rotglut erhitzbare Haube 40 ist ebenfalls mit Perforationen 41 versehen, so daß die Verbrennungsgase, darunter auch die noch nicht vollständig verbrannten, durch die Perforationen 41 hindurchtreten und im Bereiche der Haube 40 nachverbrennen können. Die Haube 40 hat etwa die Form eines Kegelstumpfes, der an seinem oberen Ende eine weitere Öffnung 42 aufweist, in die ein Glühkon vertoreinsat143 einlegbar ist Der Glühkonvertnr einsatz besteht aus dünnon Drahtwendeln, aus feuerfestem Draht. Dieser glüht nach kurzer Brennzeit, so daß auch in seinem Bereich eine gute Nachverbrennung gewährleistet ist. Durch diese Teile ist gewährleistet, daß sämtliche brennbaren Bestandteile des Altöls auch verbrennen, und zwar vollständig zu H₂0 und CO_Z.
Durch die Mantelflächen der Glühhaube 40, die etwa einen Winkel von 30 bis 60° gegenüber der Waagerechten bilden, werden die heißen, teilweise noch brennenden und verbrannten Gase durch eine Brennkammer 30 geführt, die sich unmittelbar an den Brennerkasten 14 nach oben hin anschließt. Die Brennkammer 30 ist ebenfalls zylindrisch gestaltet. Der Mantel 31 der Brennkammer 30 ist flügelartig mit zahlreichen Abstrahlungslamellen 32 versehen, die den Wärmekontakt mit der außen vorbeiströmenden Luft verbessern. Die Brennkammer 30 ist nach oben durch einen Deckel 33 abgeschlossen und mündet in eine Auslaßöffnung 34, an die sich unmittelbar der Labyrinth-Wärmetauscher 13 anschließt.
In den Fig. 1 sowie 5 und 6 ist der Zuflußstutzen 8 dargestellt. Die Mündung 50 des Zuflußstutzens endet frei innerhalb des Brennertopfes 18 oberhalb der Brennschalenmulde 27 in einer Höhe von etwa 15 Zentimetern oberhalb der Oberfläche. Die Neigung des Zuflußstutzens 8 gegenüber der Waagerechten liegt etwa zwischen 25 und 35°. Zu bemerken ist außerdem, daß die lichte Querschnittsfläche des Zuflußstutzens 8 wesentlich größer ist als die der Öl-Zufuhrleitung 7, die am Zuflußstutzen 8 endet. Der Zuflußstutzen ist außerdem von der Eintrittsöffnung 51 bis zu seiner untenliegenden Mündung 50 mit derselben lichten Querschnittsfläche ausgestattet. Der Öffnungsquerschnitt verengt sich also nicht. Das durch die Ölpumpe 2 durch die Eintrittsöffnung 51 gepumpte Öl fließt demnach in erster Linie auf der unteren, inneren Mantelfläche des Zuflußstutzens, dabei an Geschwindigkeit zunehmend, nach unten zur Mündung 50. Dort tritt es aus und wird an der Kante in feine Tröpfchen zerteilt. Dieses Fließprinzip verhindert weitgehend eine Verkrustung oder Verstopfung des Zuflußstutzens 8. Um zu verhindern, daß der Zuflußstutzen 8 sich zu stark erwärmt, ist er außerdem so angeordnet, daß er von der Vorderseite des Brennerkastens 14 durch den luftführenden Raum 16 hindurchreicht und nur auf einem relativ kurzen Stück innerhalb des Brennertopfes 18 liegt. Außerdem steht der innere Hohlraum des Zuflußstutzens mit der Atmosphäre in Verbindung. Es kann daher kein Zurückfließen des Öles im Stutzen in die Brennstoffleitung 7 erfolgen.
Wegen der sehr unterschiedlichen Qualität des Altöls kann es in schwierigen Ausnahmefällen auch zu einer Ablagerung innerhalb des Zuflußstutzens 8 kommen. Für diesen Fall ist ein innerhalb des Stutzenholraumes verschiebbarer Reinigungskolben 52 vorgesehen, der, wie die Fig. 6 zeigt, im Schnitt etwa die Form eines Malteserkreuzes hat, wobei zwischen den Armen 53 des Kolbens jeweils Freiräume 54 gelassen sind, durch die das Altöl trotz eingebautem Kolben fließen kann. Der Reinigungskolben 52 ist mit einer Stange 55 aus einem Deckel 56 des Stutzens 8 herausgeführt und endet in einem Knauf 57. Eine Schraubenfeder 58 ist zwischen Knauf und Deckel eingebaut. Gegen die Kraft der Feder 58 muß der Kolben 52 nach innen gedrückt werden, wobei nach jedem Eindrücken er selbsttätig wieder in die alte Stellung herausrückt. Damit ist sichergestellt, daß der Bereich der Mündung 50 immer freiliegt. Die Malteserkreuzform des Kolbens ist deshalb gewählt, damit an den, die Innenseite des Zuflußstutzens 8 berührenden Köpfen jeweils Schaber oder Schneiden angebracht sein können.
Schrägstellung und frequente Reinigung wirken zusammen, daß ein ungehinderter, sich beschleunigender Ölstrom innerhalb des Zuflußstutzens 8 hergestellt wird, der sich in kleine Tröpfchen zerteilt, wobei die senkrechte Geschwindigkeitskomponente sich weitgehend den Tröpfchen mitteilt und zu einer Erhöhung der kinetischen Energie dieser Tröpfchen führt. Teile, die vom Kolben 52 abgeschabt werden, fallen ebenfalls mit in die Brennschale und werden dort verbrannt oder pyrolysiert.
Die Programmautomatik der Warmlufttherme ist so eingestellt, daß zunächst die Erhitzung der Brennschale erfolgt, bevor das erste Öl einläuft. Wenn auch üblicherweise aufgrund der hohen Temperatur der Brennschale im Bereich der Mulde eine selbsttätige Zündung eintritt, so muß jedoch sichergestellt werden, daß auch Altöle mit relativ hochzündenden Anteilen zuverlässig gezündet werden. Hierfür ist eine Zündvorrichtung 39 vorgesehen, die mit einem Glühkörper 45 versehen ist, der konzentrisch in das tubusförmige Gehäuse der Zündvorrichtung 39 eingebaut ist. Der Glühkörper besteht aus einem perforierten, keramischen Rohr, mit einer eingebauten Heizwendel. Durch die Programmsteuerung wird vor dem Einlassen des Öls der Glühkörper auf Rotglut gebracht, so daß das Brennstoff-Luftgemisch sofort zündet. Durch die erwähnten Maßnahmen wird verhindert, daß es zu einer Qualmentstehung kommt.
Anstelle des Glühkörpers 45 kann die Zündung auch mit Hilfe eines Infrarot-Reflektorzünders 46 (Fig. 3) vorgenommen werden. Bei diesem Zünder ist innerhalb eines Reflektorgehäuses 47 eine Heizspirale 48 angeordnet. Die Wärmestrahlung wird im Bereich der Mulde 27 fokussiert und führt ebenfalls zu einem entzündenden Punkt. Darüber hinaus ist es möglich, mit dem Reflektorzünder 46 eine Luftleitung 49 zu verbinden, die im Augenblick des Zündens einen Verbrennungsluftstrom auf den Zündbereich richtet.
Die vorgenannten Vorrichtungen dienen dazu, die Zündung des Altöls in sicherer Weise zu bewerkstelligen.
In die Wandung des Brennerkastens 14 und hineinreichend in den Brennertopf 18 ist weiterhin eine den Brennvorgang überwachende Fotozellenanordnung 24 (Fig. 2) eingebaut, wobei die dazu gehörende Fotozelle 25 im wesentlichen die vom Bereich der Mulde 27 innerhalb der Brennschale ausgehende Strahlung empfängt. Die Fotozellenanordnung 24 übernimmt die kontinuierliche Überwachung des Brennvorganges. Die Fotozellenanordnung 24, die im wesentlichen aus einem Okularrohr besteht, ist ferner mit einem Kühlluftstutzen 26 versehen, der mit Kühlluft beschickt wird, wobei diese bis an das Ende des Okularrohrs gelangt und ebenfalls in den Brennbereich der Mulde einbläst. Damit wird gewährleistet, daß der Brennbereich immer mit Verbrennungsluft versorgt ist, so daß, solange noch unverbranntes Altöl sich in der Brennschale 21 befindet, auch noch eine Verbrennung unterhalten wird. Erst wenn kein brennbares Material mehr vorhanden ist, erlischt die Flamme, wobei dieses Erlöschen durch die Fotozellenanordnung 24 dann auch sicher beobachtet wird.
Anhand der Fig. 1 und 7 wird die Luftführung erläutert. Die Ansaugöffnungen für die zu erwärmende Raumluft und die der Brennluft liegen oberhalb des Fußbodens etwa in einer Höhe von 1,40 Metern. Diese Anordnung ist gewählt worden, damit keine Dämpfe niedrig siedender organischer Verbindungen im Fußbodenbereich angesaugt werden, die eventuell zu einer Verpuffung innerhalb des Brennkammervolumens führen könnten.
Eine Ansaugöffnung 70 für die Brennluft zeigt Fig. 7. Über eine Leitung 71 wird die angesaugte Luft einem Brennluftgebläse 72 zugeführt, das die Verbrennungsluft, dosiert nach der entsprechenden Wärmeleistung, in den Brennerkasten hineindrückt. Die Luft verteilt sich innerhalb des Brennerkastens und wird durch die Perforationen 20 in den Brennertopf hineingedrückt, wo die Verbrennung stattfindet, bzw. die Brenngase erzeugt werden. Innerhalb der Brennkammer 30 erfolgt dann die Nachverbrennung. Die verbrannten Gase treten in den Wärmetauscher 13 ein und verlassen ihn als Abgas durch die Abgasleitung 34.
Gleichzeitig wird durch eine im Querschnitt größere Öffnung 74 die Raumluft, bzw. die zu erwärmende Frischluft angezogen und durch einen Führungskanal 75 einem Warmluftgebläse 76 zugeführt, das die zu erwärmende Luft nach oben durch den Wärmetauscher 13 an die durch die Abgase erwärmten Tauscherelementen führt. Die erwärmte Luft gelangt durch den Kopf 77 der Therme 10 an verschiedene Luftaustritte: Luftaustritt 78 im oberen Bereich sowie einen unteren Luftaustritt 79 im unteren Bereich. Der Luftführungsweg ist durch entsprechend isolierte Wandungen des Gehäuses 11 isoliert. Insbesondere wird verhindert, daß die heißen Brennerteile im Inneren der Vorrichtung 10 überhaupt mit der Außenwelt in Kontakt kommen können. Ein Verbrennen an den äußeren Teilen der Vorrichtung ist daher nicht möglich.
Weiterhin ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, noch ein Tankfüllanzeiger 80 mit einem entsprechenden Schwimmer 81 und am Sumpf 5 eine Ölablaßschraube 82 vorgesehen. Die Brennschale 18 einschließlich der zusätzlichen Heizvorrichtung ist in einem gegenüber dem Gehäuse herausziehbaren Schubkasten 83 angeordnet.
Für den sicheren Betrieb ist außerdem noch eine weitere Sicherung vorgesehen. Für den Fall, daß trotz der Überwachung durch die Fotozellenanordnung 24 die Flamme erlöschen sollte und die Ölzufuhr nicht unterbrochen wird, läuft nach einer gewissen Zeit unverbrannter Brennstoff über den Rand der Brennschale 21. Zum Abfühlen dieser Fehlfunktion ist ein Überlaufkontrollfühler 87 im unteren Teil des Gehäuses vorgesehen. Die Steuerung der Ofenfunktion geschieht über eine elektronische Steuerung 88, die in einem Schaltkasten seitlich am Gehäuse 11 angebracht ist.

Funktionsbeschreibung

Zu Beginn des Zünd- und Brennvorganges ist die Brennschale 21 leer. Nach Einschalten der Warmlufttherme werden die Heizwendel 23 und die Hochtemperaturwendel 28 mit Heizstrom beaufschlagt. Sie lassen die Schale auf eine Gesamttemperatur von etwa 400°C und im Muldenbereich auf 800 C erwärmen. Mit Hilfe des Temperaturfühlers 37 wird die Temperatur der Brennschale 21 laufend überwacht. Bei Erreichen der für das Verbrennen und Zünden erforderlichen Temperatur wird die Ölpumpe 2 in Betrieb gesetzt. Ein dünner Strom von Altöl wird über die Leitung und über den Zuflußstutzen 8 in Bewegung gebracht und fließt in feiner Tropfenform über die Mündung 50 in die Brennschale 27. Zu diesem Zeitpunkt ist auch die Zündvorrichtung 45 bzw. 46 in Tätigkeit getreten. Der erste Tropfen, der auf die erhitzte Mulde fällt, zerplatzt dort und wird sofort intensiv und kurzzeitig verdampft. Wie Versuche gezeigt haben, erfolgt sofort eine Zündung, so daß das weitere, nachströmende Altöl ebenfalls sofort in Brand gesetzt wird.
Die Widerstandsdrahtwendel 23 bleibt während dieses ersten Zündvorganges noch eingeschaltet, wird jedoch auf einer niedrigeren Temperatur gehalten. Die weiteren, auftreffenden Öltröpfchen zerplatzen und geraten sofort in intensiven Kontakt mit der Brennschalenoberfläche. Da die Zündtemperatur überschritten ist, zündet das sich oberhalb der Brennschale befin- . dende Brennstoff-Luftgemisch sofort. Sobald die Fotozellenanordnung 24 das Entzünden beobachtet hat, wird auch das Gebläse 72 eingeschaltet, das für einen ständigen Brennluftstrom sorgt.
Nach einer gewissen, einstellbaren Zeitverzögerung hat die Flamme, die von der Brennschale ausgeht, die Brennschale soweit erhitzt, daß sich die Verbrennung selbst unterhält. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Brennschale eine relativ hohe Wärmekapazität aufgrund ihres Materials hat.
Für den Fall, daß nach einer gewissen Zeit, beispielsweise vier Sekunden, eine Zündung nicht erfolgt, schaltet über ein Zeitverzögerungsrelais die Ölpumpe 2, sowie nach einer weiteren Zeitverzögerung auch das Gebläse 72 ab. Nach einer gewissen Zeit kann dann der Zündvorgang wiederholt werden. Üblicherweise ist jedoch eine Zündwiederholung nicht erforderlich. Während des Verbrennens ist zum Unterhalt der Flamme nur die Ölpumpe 2 und das Brennluftgebläse 72 in Betrieb. Die weiteren, in der Beschreibung genannten Aufheiz- und Zündvorrichtungen sind in dieser Zeit abgeschaltet. Das anlaufende Warmluftgebläse drückt Raum- oder Außenluft durch die verschiedenen Wärmeaustauscher. Die erwärmte Luft gelangt nirgends direkt in Kontakt mit den Abgasen.
Der Abschaltvorgang der Vorrichtung 10 wird durchgeführt, indem der Ölstrom durch Abschalten der Ölpumpe 2 unterbrochen wird. Nach einer weiteren Zeitverzögerung wird das Brennluftgebläse 72 ausgeschaltet. Solange noch brennbare Altölreste sich innerhalb der Schale befinden, werden diese durch die geringen Luftmengen, die durch die Fotozellenanordnung 24 und das stillstehende Brennluftgebläse 72 gesogen werden, noch verbrannt und die Flamme von der Fotozelle 25 beobachtet. Die Widerstandsdrahtwendel 23 wird eingeschaltet und damit das Pyrolysieren eingeleitet. Nach Beendigung des Verbrennungsvorganges hat sich in der Schale aufgrund der relativ großen Mengen an Fremdstoffen im Altöl eine zähe, feste Bitumen- schlacke gebildet, die jedoch zum großen Teil noch Kohlenstoff und andere brennbare Substanzen enthält. Die Widerstandsdrahtwendel 23 heizt die Brennschale bis auf eine Temperatur von 600 bis 700°C auf. Die brennbaren Rückstände werden dann pyrolysiert und auf der erhitzten Schale verbrannt. Es zeigt sich, daß die feste Bitumenschlacke bei diesem Pyrolysiervorgäng zu Reststaub zerfällt, der nach Herausziehen des Kastens mit der Brennschale problemlos zu entfernen ist. Die Pyrolyse der Bitumenschlacke dauert etwa fünf Minuten. Nach dieser Zeit schaltet sich die Wendel 23 wieder ab.
Da das Heizaggregat einschließlich der Brennschale sich in einem Schubkasten 83 befindet, kann dieser Teil der Vorrichtung herausgezogen werden. Wartungs- und Reparaturarbeiten sind wesentlich erleichtert.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung eignet sich sowohl zur Beheizung von Räumen als auch zur Erzeugung von Dampf oder Heißwasser. Sie kann vollautomatisch in Betrieb gehalten werden. Ihre Wartung ist weitgehend problemlos. Insbesondere werden die Aschemengen auf ein bisher bei sogenannten Altölöfen nicht gekanntes Maß reduziert. Beim Betrieb hat sich außerdem gezeigt, daß Flugasche, die eventuell umweltbelastende Anteile an Schwermetall enthält, ohne weiteres über Filtervorrichtungen beseitigt werden kann.
Durch den lamellenbestückten Mantel der Brennkammer 30 wird außerdem ein intensiver Wärmeaustausch durchgeführt. Diese Lamellen bestehen beispielsweise aus Kupfer. Die Luftaustrittsöffnungen sind regelbar in Richtung und Intensität. Die Abgastemperaturen liegen nach Messungen bei etwa 180 bis 200° C. Der CO_Z-Gehalt der Abgase wird mit etwa 10 Vol.-% gemessen. Damit ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von 92%. Durch die Dosierbarkeit der Verbrennungsluft über das Brennluftgebläse 72 und die des Altöls über die Ölpumpe 2 läßt sich auch praktisch eine stöchiometrische Verbrennung unterhalten. Der Rußgehalt ist äußerst niedrig. Selbst zu Beginn des Verbrennungsvorganges sind nur äußerst geringe Rußmengen zu beobachten.
Die Vorrichtung kann ohne weiteres noch bis zu einer Menge von 0,5 kg Altöl pro Stunde betrieben werden. Bei dieser geringen Zufuhr wird praktisch nur eine Unterhaltungsflamme in der Brennschale aufrechterhalten. Selbst bei diesen geringen Durchsatzmengen können noch stöchiometrische Bedingungen aufrechterhalten werden. Es ist möglich, in kurzer Zeit die Leistung wieder hochzufahren.

Claims

1. Verfahren zur Vorbereitung der bei Verbrennung von brennbaren, rückstandsreichen Altölen in einem Ofen, der an seiner Basis mit einer nach oben offenen Brennschale (21) ausgestattet ist, erforderlichen Reinigung der Brennschale (21) nach Unterbrechung der Brennstoff-Zufuhr und Ausbrennen des noch in der Brennschale befindlichen brennbaren Altöl-Anteils, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibenden Brennstoff-Reste (Bitumen-Schlacke) in der Brennschale mit Hilfe einer zusätzlich einzuschaltenden, die Brennschale (21) beheizenden Wärmequelle (23, 28) pyrolysiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Pyrolyse-Verfahrens die Brennschale (21) wenigstens partiell auf eine Temperatur T zwischen 400° C und 800° C gebracht wird.

3. Vorrichtung zur Verbrennung von rückstandsreichen, brennbaren Altölen unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche einen Altöl-Zuflußstutzen (8), sowie eine im unteren Teil einer Brennkammer (30) angeordnete, nach oben offene Brennschale (21) als Verdampfungsvorrichtung aufweist, die mit einer unter der Brennschale (21) angeordneten Heizeinrichtung (23, 28) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (22) der Brennschale (21) eine partiell stärker erhitzbare Bodenmulde (27) mit einer geriffelten Bodenstruktur ausgebildet ist, die sich unterhalb des Endes des Altöl-Zuflußstutzens (8) befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenmulde (27) einen ovalen oder nierenförmigen Umriß hat und etwa ¹/₅ bis ¹1₃ der Bodenfläche der Brennschale (21) einnimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Brennschale (21), vorzugsweise im Bereich der Mulde (27), eine weitere zusätzliche Heizvorrichtung (28) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Brennschale (21) wenigstens ein elektrischer Widerstandsheizkörper, insbesondere eine Heizwendel (23; 28) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennschale (21) induktiv beheizbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennschale aus Gußeisen nach DIN 1493 besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuflußstutzen (8) frei in einer Entfernung zwischen 2 und 20 cm oberhalb der Brennschale (21) bzw. der Bodenmulde (27) endet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Brennschale (21) ein auf Rotglut erhitzbarer Glühkörper (45) als zusätzliche Zündvorrichtung angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Zündvorrichtung ein Reflektorzünder (46) verwendet ist, der eine gebündelte Wärmestrahlung im Bereich der Mulde (27) erzeugt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennschale einschließlich der zusätzlichen Heizvorrichtung in einem gegenüber der Gesamtvorrichtung herausziehbaren Schubkasten (83) angeordnet ist.