EP0227637B1 - Ölbrenner - Google Patents

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EP0227637B1
EP0227637B1 EP19860890355 EP86890355A EP0227637B1 EP 0227637 B1 EP0227637 B1 EP 0227637B1 EP 19860890355 EP19860890355 EP 19860890355 EP 86890355 A EP86890355 A EP 86890355A EP 0227637 B1 EP0227637 B1 EP 0227637B1
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EP
European Patent Office
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mixing tube
section
flue gas
combustion air
oil burner
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EP19860890355
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EP0227637A3 (en
EP0227637A2 (de
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Helmut Dr. Brücker
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Dr Bruecker & Zeman & Mag Seyr Controlled Soft Combustion Gesellschaft Buergerlichen Rechts
Original Assignee
Dr Bruecker & Zeman & Mag Seyr Controlled Soft Combustion Gesellschaft Buergerlichen Rechts
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Publication date
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Publication of EP0227637A3 publication Critical patent/EP0227637A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel

Definitions

  • the invention relates to an oil burner with an oil atomization device, a combustion air supply coaxially surrounding this, which opens into an aperture, and with a mixing tube open at both ends for fuel, combustion air and exhaust gas, which is arranged downstream of the aperture in a combustion chamber, wherein Exhaust gas coming directly from the combustion chamber is sucked around the outside of the mixing tube and into a first, upstream section thereof.
  • Oil burners with recirculation of hot exhaust gas that comes directly from the combustion chamber at the beginning of the combustion chamber are known as blue burners or gasification oil burners.
  • An oil burner with the features mentioned in the introductory part of claim 1 is known from DE-4-27 00 671. This oil burner has the advantage of particularly soot-free and complete combustion with good thermal efficiency. However, they only achieve these goals within a relatively narrow performance range.
  • the invention has for its object to improve an oil burner of the type mentioned while maintaining its advantages with regard to the smallest possible emission of pollutants in an extended performance range.
  • both the combustion air supply surrounding the oil atomization device and a downstream, second section of the mixing tube, which is expanded compared to the first section thereof, for supplying a mixture from the Exhaust gas and combustion air removed from the boiler are connected to a line for supplying combustion air and a line for supplying cooled exhaust gas via a mixing device, the line for supplying the mixture of exhaust gas and combustion air opening into the mixing tube in the region of its expansion from the outside.
  • an oil atomization device 1 arranged in the longitudinal axis of the oil burner is coaxially surrounded by a combustion air supply which has an inner region 2 and an outer region 16.
  • a combustion air supply which has an inner region 2 and an outer region 16.
  • an aperture 3 is arranged at the end of the inner area 2 of the combustion air supply.
  • the aperture 3 is followed by a mixing tube 4 which is coaxial with the oil burner and is open at both ends.
  • the mixing tube 4 has a first section 5 which is widened with respect to the diaphragm opening 3 and a second section 6 which is widened with respect to the first section 5.
  • the extension 7 of the mixing tube 4 is designed as a step and is located approximately in the middle of the longitudinal extension of the mixing tube 4.
  • the mixing tube 4 is arranged in a combustion chamber 8, which has a first section 9 which extends approximately to the extension 7 of the mixing tube 4 and has a second section 10, which connects with its opening 11 to a boiler, not shown in FIG. 1.
  • the first section 9 of the combustion chamber 8 has a radially outer jacket 12, which serves as a line for the supply of a mixture of exhaust gas and combustion air, and an annular space 13 adjoining it on the inside.
  • the annular space 13 connects the second section 10 of the combustion chamber 8 to the inlet opening of the mixing tube 4. Due to the injector action of the gas mixture emerging from the orifice 3, hot exhaust gas is converted from the second section 10 of the combustion chamber 8 through the axially parallel lines 18 and the annular space 13 around the mixing tube 4 sucked into this outside.
  • the combustion air supply with its areas 2 and 16, which surrounds the oil atomization device 1, is acted upon by a mixture of cooled exhaust gas and combustion air removed from the boiler.
  • the end of the outer region 16 of the combustion air supply is connected to the outer jacket 12 of the first section 9 of the combustion chamber 8 via an annular aperture 17 with two perforated rings which can be rotated relative to one another.
  • the jacket 12 is in turn connected to the beginning of the enlarged, second section 6 of the mixing tube 4 via radial lines which are arranged between the axially parallel lines 18. Due to the injector action on the step-shaped extension 7 of the mixing tube 4, the mixture of cooled exhaust gas from the boiler and combustion air emerging from the radial lines mixes well with the hot gas mixture emerging from the first section 5 of the mixing tube 4.
  • a substoichiometric atmospheric oxygen-fuel ratio ( ⁇ 1) is set in the first section 5 of the mixing tube 4.
  • regulation takes place by means of corresponding control valves in the air and / or oil supply line to the burner, as will be explained further with reference to FIG. 2.
  • the regulation takes place via the ring aperture 17.
  • An ionization probe IS monitors the combustion temperature in the combustion chamber 8.
  • An ignition device 19 is arranged in the area of the aperture 3 in the oil burner.
  • Thermal insulation layers 20, 21 provide insulation of the outer jacket 12 of the first section 9 of the combustion chamber 8 with respect to the annular space 13.
  • FIG. 2 the gas, oil and air lines are shown with solid lines and the electrical control lines with dashed lines.
  • the oil burner is designated in FIG. 2 with B, the boiler with K and a process control unit with P.
  • NT-ART low-temperature exhaust gas recirculation
  • Another line to the oil burner B is used for the supply of heating oil and leads via a pump PU and a control valve to the oil burner B.
  • a gas line that is only available in the case of heating with gaseous fuel leads via a control valve to the oil burner B.
  • a drive unit M drives the fan G and the oil pump P.
  • HT-ARF high-temperature exhaust gas recirculation
  • the output lines of the process control unit P lead to a mixing valve air-boiler exhaust gas, to the drive unit M, to the control valve in the oil line and possibly to the control valve in the gas line.
  • Another outlet line of the process control unit P leads to the ignition Z of the burner (ignition device 19 in FIG. 1).

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ölbrenner mit einer Ölzerstäubungseinrichtung, einer diese koaxial umgebenden Verbrennungsluft-Zuführung, die in eine Blendenöffnung mündet, sowie mit einem an seinen beiden Enden offenen Mischrohr für Brennstoff, Verbrennungsluft und Abgas, das stromabwärts der Blendenöffnung in einer Brennkammer angeordnet ist, wobei unmittelbar aus der Brennkammer stammendes Abgas um das Mischrohr außen herum und in einen ersten, stromaufwärtigen Abschnitt desselben hineingesaugt wird.
  • Ölbrenner mit Rückführung von heißem Abgas, das unmittelbar aus der Brennkammer stammt, zum Beginn der Brennkammer, sind als Blaubrenner bzw. Vergasungsölbrenner bekannt. Ein Ölbrenner mit den im einleitenden Teil des Anspruches 1 genanntene Merkmalen ist aus der DE-4-27 00 671 bekannt. Dieser Ölbrenner hat den Vorteil einer besonders rußfreien und vollständigen Verbrennung bei gutem wärmetechnischem Wirkungsgrad. Allerdings erreichen sie diese Ziele nur innerhalb eines relativ schmalen Leistungsbereiches.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner der eingangs genannten Gattung unter Beibehaltung seiner Vorteile im Hinblick auf einen möglichst kleinen Schadstoffausstoß in einem erweiterten Leistungsbereich zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Ölbrenner der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl die die Ölzerstäubungseinrichtung umgebende Verbrennungsluft-Zuführung als auch ein stromabwärts gelegener, zweiter Abschnitt des Mischrohres, der gegenüber dem ersten Abschnitt desselben erweitert ist, zum Zuführen eines Gemisches von aus dem Kessel entnommenem Abgas und Verbrennungsluft mit einer Leitung zum Zuführen von Verbrennungsluft und einer Leitung zum Zuführen von abgekühltem Abgas über eine Mischvorrichtung verbunden ist, wobei die Leitung zum Zuführen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in das Mischrohr im Bereich seiner Erweiterung von außen her einmündet.
  • Beim erfindungsgemäßen Ölbrenner bilden sich in der Brennkammer und in dem in dieser angeordneten Mischrohr zwei verschiedene Reaktionszonen aus:
    • In einer ersten Reaktionszone im ersten Abschnitt des Mischrohres kommt es durch die hohe Temperatur, die durch die Rückführung von heißem, aus der Brennkammer stammendem Abgas und abgekühltem Abgas des Kessels erreicht wird, zu einer vollständigen Vergasung des Öls, ohne daß sich Ruß bilden kann. In der zweiten Reaktionszone im zweiten Abschnitt des Mischrohres kommt es durch die Zufuhr des Gemisches von aus dem Kessel entnommenem Abgas und Verbrennungsluft zu einer Abkühlung der Reaktionsgase, so daß bei der gleichzeitigen Verbrennung zu hohe Temperaturen vermieden werden, die insbesondere die Bildung von Stickoxiden fördern würden. Die beiden Reaktionszonen sind im Hinblick auf eine vollständige Verbrennung und Maximierung der Wärmeausbeute sowie auf eine Minimierung des Anfalls von Schadstoffen getrennt regelbar. Dabei wird mit Vorteil im stromaufwärts gelegenen ersten Abschnitt des Mischrohres ein unterstöchiometrisches Luftsauerstoff-Brennstoff-Verhältnis und im zweiten Abschnitt des Mischrohres ein etwa stöchiometrisches Luftsauerstoff-Brennstoff-Verhältnis eingestellt.
  • Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ölbrenners sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölbrenners, die als nicht beschränkendes Beispiel in den Zeichnungen wiedergegeben ist. Es zeigt.
    • Fig. 1 einen Ölbrenner im Längsschnitt und
    • Fig. 2 das Regelsystem des Ölbrenners.
  • Beim in Fig. 1 gezeigten Ölbrenner ist eine in der Längsachse des Ölbrenners angeordnete Ölzerstäubungseinrichtung 1 koaxial von einer Verbrennungsluftzuführung umgeben, die einen inneren Bereich 2 und einen äußeren Bereich 16 aufweist. Am Ende des inneren Bereiches 2 der Verbrennungsluftzuführung ist eine Blendenöffnung 3 angeordnet. An die Blendenöffnung 3 schließt sich ein zum Ölbrenner koaxiales, an beiden Enden offenses Mischrohr 4 an. Das Mischrohr 4 besitzt einen ersten Abschnitt 5, der gegenüber der Blendenöffnung 3 erweitert ist, und einen zweiten Abschnitt 6, der gegenüber dem ersten Abschnitt 5 erweitert ist. Die Erweiterung 7 des Mischrohres 4 ist als Stufe ausgebildet und befindet sich etwa in der Mitte der Längerstreckung des Mischrohres 4. Das Mischrohr 4 ist in einer Brennkammer 8 angeordnet, die einen ersten Abschnitt 9, der etwa bis zur Erweiterung 7 des Mischrohres 4 reicht und einen zweiten Abschnitt 10 aufweist, der mit seiner Offnung 11 an einen in Fig. 1 nicht eingezeichneten Kessel anschließt.
  • Der erste Abschnitt 9 der Brennkammer 8 weist einen radial äußeren Mantel 12, der als Leitung für die Zufuhr eines Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft dient, und einen daran innen anschließenden Ringraum 13 auf. Der Ringraum 13 verbindet den zweiten Abschnitt 10 der Brennkammer 8 mit der Eingangsöffnung des Mischrohres 4. Durch Injektorwirkung des aus der Blendenöffnung 3 austretenden Gasgemisches wird aus dem zweiten Abschnitt 10 der Brennkammer 8 heißes Abgas durch die achsparallelen Leitungen 18 und den Ringraum 13 um das Mischrohr 4 außen herum in dieses hineingesaugt.
  • Die Verbrennungsluftzuführung mit ihren Bereichen 2 und 16, welche die Ölzerstäubungseinrichtung 1 umgibt, wird mit einem Gemisch von aus dem Kessel entnommenem, abgekühltem Abgas und Verbrennungsluft beaufschlagt. In der Verbrennungsluftzuführung 2 und 16 befindet sich eine achsparallele Leitung 14, die bei Bedarf oder im Dauerbetrieb gasförmigen Brennstoff zuführt, und die über stirnseitige, radial ausgerichtete Offnungen 15 an der Blendenöffnung 3 ausmündet.
  • Das Ende des äußeren Bereiches 16 der Verbrennungsluftzuführung ist über eine Ringlochblende 17 mit zwei gegeneinander verdrehbaren, gelochten Ringen, mit dem äußeren Mantel 12 des ersten Abschnittes 9 der Brennkammer 8 verbunden. Der Mantel 12 ist seinerseits über radiale Leitungen, die zwischen den Achsparallelen Leitungen 18 angeordnet sind, mit dem Beginn des erweiterten, zweiten Abschnittes 6 des Mischrohres 4 verbunden. Durch Injektorwirkung an der stufenförmigen Erweiterung 7 des Mischrohres 4 vermischt sich das aus den radialen Leitungen austretende Gemisch aus abgekühltem Abgas des Kessels und Verbrennungsluft gut mit dem aus dem ersten Abschnitt 5 des Mischrohres 4 austretenden heißen Gasgemisch.
  • Im ersten Abschnitt 5 des Mischrohres 4 wird ein unterstöchiometrisches Luftsauerstoff-Brennstoff-Verhältnis (λ≤1) eingestellt. Im zweiten Abschnitt 6 des Mischrohres 4 wird ein stöchiometrisches Luftsauerstoff-Brennstoff-Verhältnis (A=1) eingestellt. Im ersten Abschnitt 5 des Mischrohres 4 erfolgt die Regelung durch entsprechende Regelventile in der Luft- und/oder Ölzuleitung zum Brenner, wie an Hand der Fig. 2 weiter noch erläutert werden wird. Im zweiten Abschnitt 6 des Mischrohres 4 erfolgt die Regelung über die Ringlochblende 17.
  • Eine A-Sone AS, die wie in Fig. 2 gezeigt, am Ausgang des Kessels angeordnet sein kann, sorgt für ein möglichst genau stöchiometrisches Luftsauerstoff-Brennstoff-Verhältnis (λ = 1).
  • Eine lonisationssonde IS überwacht die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 8. Im Bereich der Blendenöffnung 3 ist im Ölbrenner eine Zündeinrichtung 19 angeordnet.
  • Wärmedämmschichten 20, 21 sorgen für eine Isolierung des äußeren Mantels 12 des ersten Abschnittes 9 der Brennkammer 8 gegenüber dem Ringraum 13.
  • Bei Vollastbetrieb des erfindungsgemäßen Ölbrenners findet die Verbrennung vorwiegend außerhalb des Mischrohres 4, im zweiten Abschnitt 10 der Brennkammer 8 statt. Bei Teillastbetrieb, d.h. bei gedrosselter BrennstoffZufuhr, kann die Verbrennungsfront bis in die Nähe des Endes des ersten Abschnittes 5 des Mischrohres 4 zurückfallen. Die Vorteile der vollständigen und emissionsarmen Verbrennung bleiben in beiden Fällen erhalten.
  • In Fig. 2 sind die Gas-, Öl- bzw. Luftleitungen mit durchgehenden Linien und die elektrischen Steuerleitungen strichliert dargestellt. Der Ölbrenner ist in Fig. 2 mit B, der Kessel mit K und eine Prozeßsteuereinheit mit P bezeichnet. Man sieht eine Zuleitung von Verbrennungsluft, die in einem regelbaren Mischventil mit einer Leitung zur Rückführung von aus dem Kessel entnommenem Abgas (Pfeil NT-ART, Niedertemperatur-Abgasrückführung) vereinigt wird und über ein Gebläse G zum Ölbrenner B verläuft.
  • Eine Weitere Leitung zum Ölbrenner B dient für die Zuführ von Heizöl und führ über eine Pumpe PU und ein Regelventil zum Ölbrenner B.
  • Eine nur im Fall der Beheizung mit gasförmigem Brennstoff vorhandene Gasleitung führt über ein Regelventil zum Ölbrenner B.
  • Eine Antriebseinheit M treibt das Gebläse G und die Ölpumpe P an.
  • Die im Ölbrenner B stattfindende Rückführung von heißem, aus der Brennkammer stammendem Abgas ist durch einen Pfeil (HT-ARF, Hochtemperatur-Abgasrückführung) angedeutet.
  • Der Prozeßsteuereinheit P werden folgende Signale zugeführt: °
    • - Meßwert einer die Flammentemperatur in der Brennkammer überwachenden lonisationssonde IS,
    • - Meßwert einer den Restsauerstoffgehalt im Abgas des Kessels K feststellenden Ä-Sonde λS und
    • - Meßwert eines Temperaturfühlers TF im Kessel K.
  • Die Ausgangsleitungen der Prozeßsteuereinheit P führen zu einem Mischventil Luft-Kesselabgas, zur Antriebseinheit M, zum Regelventil in der Ölleitung und gegebenenfalls zum Regelventil in der Gasleitung. Eine weitere Ausgansleitung der Prozeßsteuereinheit P führt zur Zündung Z des Brenners (Zündeinrichtung 19 in Fig. 1).

Claims (6)

1. Ölbrenner mit einer Ölzerstäubungseinrichtung (1), einer diese koaxial umgebenden Verbrennungsluft-Zuführung (2, 16, 12), die in eine Blendenöffnung (3) mündet, sowie mit einem an seinen beiden Enden offenen Mischrohr (4) für Brennstoff, Verbrennungsluft und Abgas, das stromabwärts der Blendenöffnung (3) in einer Brennkammer (8) angeordnet ist, wobei unmittelbar aus der Brennkammer stammendes Abgas um das Mischrohr außen herum und in einen ersten, stromaufwärtigen Abschnitt (5) desselben hineingesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die die Ölzerstäubungseinrichtung (1) umgebende Verbrennungsluft-Zuführung (2, 16, 12) als auch ein stromabwärts gelegener, zweiter Abschnitt (6) des Mischrohres (4), der gegenüber dem ersten Abschnitt (5) desselben erweitert ist, zum Zuführen eines Gemisches von aus dem Kessel entnommenen Abgas und Verbrennungsluft mit einer Leitung zum Zuführen von Verbrennungsluft und einer Leitung zum Zuführen von abgekühltem Abgas über eine Mischvorrichtung verbunden ist, wobei die Leitung (16, 12) zum Zuführen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in das Mischrohr (4) im Bereich seiner Erweiterung (7) von außen her einmündet.
2. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten, stromaufwärts gelegenen Abschnitt (5) des Mischrohres (4) ein unterstöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff und im zweiten Abschnitt (6) des Mischrohres (4) ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff eingestellt ist.
3. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (16,12) zum Zuführen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in den zweiten Abschnitt (6) des Mischrohres (4) eine Mengenregelvorrichtung, z.B. eine Ringlochblende (17) vorgesehen ist.
4. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (7) des Mischrohres (4) als Stufe ausgebildet ist und sich etwa in der Mitte der Längserstreckung des Mischrohres (4) befindet.
5. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) einen ersten, etwa bis zur Erweiterung (7) des Mischrohres (4) reichenden Abschnitt (9) mit einem radial äußeren, vom Gemisch aus Abgas und Verbrennungsluft durchströmten Mantel (12) und einem daran innen anschließenden Ringraum (13) für die Rückführung von unmittelbar aus der Brennkammer (8) stammendem Abgas in das Mischrohr (4) aufweist und daß der äußere Mantel (12) über, bezüglich des Mischrohres (4) radial ausgerichtete Leitungen mit dem Mischrohr (4) im Bereich seiner Erweiterung (7) verbunden ist.
6. Ölbrenner nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (2, 16) zum Zuführen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in ihrem radial äußeren Bereich (16) über einen regelbaren Auslaß (17) mit dem radial äußeren Mantel (12) des ersten Abschnittes (9) der Brennkammer (8) verbunden ist.
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EP0227637A3 EP0227637A3 (en) 1988-09-21
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