EP0287596A1 - Brenner für die verbrennung von flüssigem brennstoff. - Google Patents

Brenner für die verbrennung von flüssigem brennstoff.

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EP0287596A1
EP0287596A1 EP87906554A EP87906554A EP0287596A1 EP 0287596 A1 EP0287596 A1 EP 0287596A1 EP 87906554 A EP87906554 A EP 87906554A EP 87906554 A EP87906554 A EP 87906554A EP 0287596 A1 EP0287596 A1 EP 0287596A1
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    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/102—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber
    • F23D11/103—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber with means creating a swirl inside the mixing chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
    • F23D11/441—Vaporising devices incorporated with burners
    • F23D11/448—Vaporising devices incorporated with burners heated by electrical means

Definitions

  • Latitudes only make sense for the heating transition period.
  • the payback period for such a system is at least 5 years.
  • the object of the invention is to develop a burner which, with an output of 5-15 kW, enables optimal combustion with the highest degree of firing and which is nevertheless inexpensive.
  • the principle of oil gasification was chosen because of the optimal combustion that can be achieved with it.
  • European patent specification 28 025 describes a method and an apparatus for producing
  • Start and switch-off behavior The gasification of the heating oil must be fully initiated in a fraction of a second when the burner starts - and it must also be possible to interrupt it immediately when the oil burner is switched off. If this is not the case, when the oil burner is started and switched off, oil vapor is lost due to a lack of ignitability.
  • the object of the invention was achieved by overcoming the problems mentioned in that the housing of the mixing chamber can be heated by at least one electrical resistance heating element and that the length of the mixing chamber is greater than its diameter and the lateral openings are at least approximately over the entire length of the housing extend.
  • the electric radiator or radiators inserted into the housing of the mixing chamber brings the housing to a temperature of 400 ° C. Only when this temperature is reached is the combustion air supplied first and then the oil supply.
  • the oil which enters the vacuum zone of the hot air cyclone directly from the feed tube, is roughly atomized by the rotating hot air movement and the vacuum and gasified in a split second by the hot air and radiant heat.
  • the gasified oil is mixed by an additional hot air supply to an air ratio n 1.1 to 1.15.
  • a baffle plate is advantageously arranged on the outlet side of the mixing chamber.
  • the ignitable gas-air mixture is ignited in front of the baffle plate by means of an ignition electrode and burns as a blue flame, absolutely soot-free and almost CO-free.
  • the radiant heat from the combustion chamber heats the combustion air to 80 to 90%, so that only 10 to 20% electricity (approx. 150 - 250 watts / h) is required for further gasification.
  • the gasification temperature can be reduced to 300 ° C during operation.
  • the openings through which the air is introduced into the mixing chamber can be rows of holes or slots, or a combination of both.
  • the openings open tangentially into the mixing chamber, whereby the best swirl effect is achieved.
  • the burner is advantageously arranged directly in the combustion chamber, so that the air is heated before it enters the mixing chamber. To ensure that warm air enters through all openings and not already cold air when
  • At least one deflection channel is provided.
  • FIGS. 1 to 4 each show a schematic longitudinal section through a burner according to the invention and FIG. 5 shows a section along the line A-A of FIGS. 1 to 4.
  • the channel-shaped mixing chamber 1 is surrounded by a cylindrical housing 2, in which electrical resistance heating elements 3 are inserted.
  • the lateral openings through which air is led into the mixing chamber 1 are formed by holes 4 and slots 5.
  • the holes 4 and the slots 5 open tangentially into the mixing chamber 1.
  • the air chamber 6 is formed by a housing 7.
  • a deflection channel 8 In the air chamber 6 there is a deflection channel 8, so that the air, as can be seen in the figures of the drawing, is first guided from the rear to the front end of the housing 2 and then returned again, whereby it passes through the bores 4 and the slots 5 into the Mixing chamber 1 arrives.
  • the counter heating elements 3 are able to heat the housing 2 to 400 °. As already mentioned, this is only necessary when the burner is started, after which the temperature can be lowered and the temperature from the combustion chamber can also be used.
  • the liquid fuel for example light heating oil
  • the feed pipe 9 extends into the vacuum area formed by the tangentially entering air, so that the fuel is roughly atomized immediately.
  • the temperature prevailing in the mixing chamber 1 immediately leads to gasification of the fuel.
  • a storage plate 10 is arranged on the outlet side of the mixing chamber 1.
  • An ignition rod 11 is located in front of the storage plate 10.
  • a block 12 is arranged at the front end of the housing 2, which protrudes into the storage plate 10 and into the flame.
  • the block 12 causes heat to be dissipated from the flame to the housing 2. This means on the one hand an energy saving and on the other hand a reduction in the NOX values.
  • a reduction in the NOX values is also achieved in the exemplary embodiment according to FIG. 3, in which an annular secondary air opening 13 is provided in addition to the storage plate 10.
  • a baffle plate 10 is also arranged on the outlet side of the mixing chamber 1.
  • the housing 2 has a flange 15 on the flame side, which forms the end of the air chamber 6.
  • preheated air in the mixing chamber 1 can pass the baffle plate 10 at the gap 16 and, on the other hand, secondary air reaches the flame through the bores 17 directly from the air chamber 6.
  • a temperature sensor 14 can also be inserted into the housing 2.

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Description

Brenner für die Verbrennung von flüssigem Brennstoff
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für die Verbrennung von flüssigem Brennstoff, wobei der Brennstoff und Luft in einer zylindrischen Mischkammer zusammen- geführt werden, in der ein Unterdruck herstellbar ist, indem die Luft von einer als Mischkammer umgebenden Luftkammer über seitliche Öffnungen im Gehäuse der Mischkammer in die Mischkammer geführt wird und darin einen Zyklon bildet und wobei der Brennstoff in der Längsmittelachse der Mischkammer in diese eingelassen wird.
Die Verbrennung von Heizöl für Heizzwecke ist nach wie vor die umweltfreundlichste Lösung und wird mit Sicherheit das nächste Jahrzehnt aus folgenden Gründen dominierend sein:
1. Kohle ist durch hohen Schwefelgehalt und die schlechte Steuerbarkeit der Verbrennung wesentlich umweltbelastender als Heizöl. Die Emission von Schwefeldioxid SO2 und Ruß und die Staubemission sind beträchtlich.
2. Holz ist nicht in genügender Menge vorhanden. Auch bringt die Verbrennung von Holz laut Untersuchung vom Frauenhofer-Institut für Holzforschung bei Kleinfeuerungen gewaltige Emissionsprobleme bei Ruß, Teer, Asche und verschiedenen geruchsintensiven und schädlichen gasförmigen Stoffen mit sich, deren Höhe von der Holzqualität und Feuchtigkeit sowie von der Art der Bedienung der Holzfeuerung abhängt.
3. Bei der Stromheizung kommt es darauf an, wie der Strom erzeugt wird. Kalorische Kraftwerke haben nur einen Wirkungsgrad von ca. 50 % und werden mit Atomreaktoren, Kohle oder Öl befeuert. (Der feuerungstechnische Wirkungsgrad einer Ölfeuerung liegt zwischen 90 und 95 %) . 4. Wärmepumpen und Sonnenkollektoren sind für unsere
Breitengrade nur für die Heizungs-Übergangszeit sinnvoll. Die Amortisationszeit einer solchen Anlage beträgt mindestens 5 Jahre.
Die steigenden Energiepreise und die immer höher werdende Umweltbelastung an CO2 durch die Verbrennung von Kohlenstoffen (Heizung - Auto - Flugzeug) und die damit verbundenen höheren Schadtstoffauswürfe, wie Schwefeldioxid S02, Stickoxid NOX und unverbrannte Kohlenstoffe CO, fordern einerseits eine noch bessere Verbrennung bei Olfeuerungen und andererseits eine Reduzierung des Brennstoffverbrauches durch bessere Isolation der Häuser.
Wurden früher in Einfamilienhäuser Heizkessel mit 30 kW installiert, so sind es heute vorwiegend nur noch Kessel mit 15 kW.
Bei optimaler Gebäudeisolation und neuzeitlicher Installation der Warmwasser-Heizanlage werden zukünftig aber nur mehr Heizkessel mit 5 - 10 kW pro Einfamilienhaus benötigt.
Überdimensionierte Heizungsanlagen haben oft nur einen Jahresanlagen-Wirkungsgrad von 50 % gegenüber neuzeitlichen Installationen mit 80 - 90 %.
Da derzeit am Markt Ölbrenner mit Druckzerstäuberdüsen bedingt durch die kleine Bohrung und schmalen Tangentialschlitzen der Zerstäuberdüse erst ab 14 kW Heizleistung störungsfrei funktionieren, fehlt es aus folgenden Gründen an geeigneten Ölbrennern mit Leistungen von 5 - 10 kW. 1. Die bei Etagenheizungen viel eingesetzten Ölöfen, die nach dem Verdampfungssystem arbeiten, mit einer Leistung von 5 - 15 kW, werden wegen der schlechten Verbrennungsergebnisse während der Start- und Abschaltphase in Zukunft immer weniger geeignet sein.
2. Das System "Druckluftzerstäubung", bei dem mittels Druckluft von ca. 1 bar Heizöl zerstäubt wird, ist betriebssicher von 5 kW aufwärts. Auch die Verbrennungsergebnisse sind sehr gut. Nachteilig sind jedoch die Herstellungskosten wegen des notwendigen
Kompressors usw. sowie das laute Verbrennungsgeräusch.
3. Neu entwickelte Verdampfungs- oder Vergasungsbrenner sind bisher an der Betriebssicherheit und den zu hohen Herstellungskosten gescheitert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner zu entwickeln, der bei einer Leistung von 5 - 15 kW eine optimale Verbrennung bei höchstem Feuerungsgrad ermöglicht und der trotzdem preisgünstig ist. Wegen der damit erzielbaren optimalen Verbrennung wurde das Prinzip des Ölvergasens gewählt.
Aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 79101956.5 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners für flüssige Brennstoffe ohne Brennstoffpumpe bekannt und eine nach dem Verfahren arbeitende Brennereinrichtung. Diese Brennereinrichtung arbeitet jedoch auf dem Prinzip eines Druckluftzerstäubers. Es kommt lediglich zu einer Zerstäubung des Heizöls und nicht zu einem Vergasen.
Die europäische Patentschrift 28 025 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von
Mikroflüssigkeitströpfchen, ebenfalls bei einem Brenner. Auch hier erfolgt kein Vergasen des Heizöls. Bei der Ölvergasung waren folgende Kriterien zu lösen:
1. Rückstandfreies Vergasen des Heizöles, sodaß es zu keinen Ablagerungen kommt.
2. Start und Abschaltverhalten: Die Vergasung des Heizöles muß beim Start des Brenners in Sekundenbruchteilen voll eingeleitet - und beim Abschalten des Ölbrenners ebenso wieder sofort unterbrochen werden können. Ist dies nicht der Fall, so geht beim Start und beim Abschalten des Ölbrenners Öldampf mangels Zündfähigkeit verloren.
3. Durchmischung mit Verbrennungsluft: Die zwei leichten
Medien Luft und Olgas lassen sich auf Grund der geringen kinetischen Energie schlecht mischen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wurde unter Überwindung der genannten Probleme dadurch gelöst, daß das Gehäuse der, Mischkammer durch mindestens einen elektrischen Widerstandsheizkörper erwärmbar ist und daß die Länge der Mischkammer größer als deren Durchmesser ist und wobei sich die seitlichen Öffnungen zumindest annähernd über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken.
Der oder die in das Gehäuse der Mischkammer eingesetzten Elektroheizkörper bringt bzw. bringen das Gehäuse auf eine Temperatur von 400°C. Erst wenn diese Temperatur erreicht wird, erfolgt zuerst die Zufuhr der Verbrennungsluft und dann die Ölzufuhr. Das Öl, das aus dem Zuführungsröhr direkt in die Unterdruckzone des Heißluftzyklons eintritt, wird durch die rotierende Heißluftbewegung und den Unterdruck grob zerstäubt und in Sekundenbruchteilen durch die Heißluft und Strahlungswärme vergast.
Das vergaste Öl wird durch weitere Heißluftzuführung auf eine Luftzahl n 1,1 bis 1,15 gemischt. Vorteilhaft ist an der Austrittsseite der Mischkammer eine Stauplatte angeordnet. Vor der Stauscheibe wird das zündfähige Gas-Luft-Gemisch mittels einer Zündelektrode gezündet und verbrennt als Blauflamme absolut ruß- und fast CO-frei.
Die Strahlungswärme vom Feuerraum erwärmt die Verbrennungsluft auf 80 bis 90 % , sodaß zur weiteren Vergasung nur mehr 10 bis 20 % Strom (ca. 150 - 250 Watt/h) benötigt werden. Während des Betriebes kann die Vergasungstemperatur auf 300°C reduziert werden.
Die Öffnungen, über die die Luft in die Mischkammer eingebracht wird, können Lochreihen oder Schlitze sein, oder eine Kombination von beiden.
Vorteilhaft ist vorgesehen, daß die Öffnungen tangential in die Mischkammer einmünden, wodurch der beste Wirbeleffekt erzielt wird.
Der Brenner ist vorteilhaft direkt im Brennraum angeordnet, sodaß es zu einer Erwärmung der Luft kommt, bevor diese in die Mischkammer eintritt. Dafür daß durch alle Öffnungen warme Luft tritt und nicht bereits kalte Luft beim
Eingang der Luftkammer in die Mischkammer eintritt, ist mindestens ein Umlenkkanal vorgesehen.
Wegen der heißen, intensiven Gasflamme können höhere NOX-Werte entstehen, wie bei normalen Druckzerstäuberbrennern. Vorteilhaft ist daher vorgesehen, daß in das Gehäuse der Mischkammer ein in die Flamme ragender, wärmeableitender Block eingesetzt oder an dieser ausgebildet ist, oder daß neben der Stauplatte eine Nebenluftöffnung ist. Im erstgenannten Fall kommt es zu einer Wärmeableitung von der Flamme und im zweiten Fall zu einer unter- stöchiometrischen Verbrennung mit einer Luftzahl n von 0,7 bis 1,0.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen eingehend beschrieben, ohne daß die Erfindung darauf eingeschränkt sein soll. Ebenso sollen die in den nachfolgenden Patentansprüchen angeführten Bezugszeichen keine Einschränkung bedeuten, sie dienen lediglich dem erleichterten Auffinden bezogener Teile in de Figuren der Zeichnungen.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen Jeweils einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner und die Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1 bis 4.
Wie aus den Figuren der Zeichnungen ersichtlich, ist die kanalförmige Mischkammer 1 von einem zylindrischen Gehäuse 2 umgeben, in das elektrische Widerstandsheizkörper 3 eingesetzt sind.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden die seitlichen Öffnungen, über die Luft in die Mischkammer 1 geführt wird, von Löchern 4 und Schlitzen 5 gebildet. Die Löcher 4 und die Schlitze 5 münden tangential in die Mischkammer 1. Die Luftkammer 6 wird von einem Gehäuse 7 gebildet. In der Luftkammer 6 befindet sich ein Umlenkkanal 8, sodaß die Luft, wie in den Figuren der Zeichnung ersichtlich, erst von hinten zum vorderen Ende des Gehäuses 2 geführt und anschließend wieder zurückgeleitet wird, wobei sie durch die Bohrungen 4 und die Schlitze 5 in die Mischkammer 1 gelangt.
Die Widersandsheizkörper 3 sind in der Lage, das Gehäuse 2 auf 400° zu erhitzen. Dies ist, wie bereits erwähnt, jedoch nur beim Start des Brenners notwendig, anschließend kann die Temperatur abgesenkt werden und auch die Temperatur aus dem Brennraum genutzt werden.
Der flüssige Brennstoff, beispielsweise Heizöl-Leicht, tritt über ein Zuführrohr 9 in die Mischkammer 1 ein. Das Zuführrohr 9 ragt bis in den von der tangential eintretenden Luft gebildeten Vakuumbereich, sodaß es sofort zu einer groben Zerstäubung des Brennstoffes kommt. Durch die in der Mischkammer 1 herrschende Temperatur kommt es unmittelbar anschließend zur Vergasung des Brennstoffes.
An der Austrittsseite der Mischkammer 1 ist eine Stauplatte 10 angeordnet. Vor der Stauplatte 10 befindet sich ein Zündstab 11. Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist am vorderen Ende des Gehäuses 2 ein Block 12 angeordnet, der in die Stauplatte 10 und in die Flamme ragt.
Der Block 12 bewirkt eine Wärmeableitung von der Flamme zum Gehäuse 2. Dies bedeutet zum einen eine Energieersparnis und zum anderen eine Herabsetzung der NOX- Werte.
Eine Herabsetzung der NOX-Werte wird auch im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 erzielt, bei dem neben der Stauplatte 10 eine ringförmige Nebenluftöffnung 13 vorgesehen ist.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 ist an der Austrittsseite der Mischkammer 1 ebenso eine Stauplatte 10 angeordnet.
Das Gehäuse 2 weist flammenseitig einen Flansch 15 auf, der den Abschluß der Luftkammer 6 bildet.
Einerseits kann in der Mischkammer 1 vorgeheizte Luft beim Spalt 16 an der Stauplatte 10 vorbeigehen und andererseits gelangt Nebenluft durch die Bohrungen 17 direkt aus der Luftkammer 6 zur Flamme.
In das Gehäuse 2 kann noch ein Temperaturfühler 14 eingesetzt sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Brenner für die Verbrennung von flüssigem Brennstoff, wobei der Brennstoff und Luft in einer zylindrischen Mischkammer zusammengeführt werden, in der ein Unter- druck herstellbar ist, indem die Luft von einer die
Mischkammer umgebenden Luftkammer über seitliche Öffnungen im Gehäuse der Mischkammer in die Mischkammer geführt wird und. darin einen Zyklon bildet und wobei der Brennstoff in der Längsmittelachse der Mischkammer in diese eingelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) der Mischkammer (1) durch mindestens einen elektrischen Widerstandsheizkörper (3) erwärmbar ist und daß die Länge der Mischkammer (1) größer als deren Durchmesser ist und wobei sich die seitlichen Öffnungen zumindest annähernd über die gesamte Länge des Gehäuses (2) erstrecken.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Öffnungen Schlitze (5) sind.
3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Öffnungen Reihen von Bohrungen (4) sind.
4. Brenner nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnugnen tangential in die Mischkammer (1) einmünden.
5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gehäuse (2) der Mischkammer (1) ein in die Flamme ragender, wärmeableitender Block (12) eingesetzt oder an dieser ausgebildet ist.
6. Brenner nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftkammer (6) mindestens ein Umlenkkanal (8) vorgesehen ist.
7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Austrittsseite der Mischkammer (1) eine Stauplatte (10) angeordnet ist.
8. Brenner nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (12) in die Stauplatte (10) ragt.
9. Brenner nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Nebenluftöffnung (13) neben der Stauplatte (10).
10. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff über ein Zufuhrrohr (9) in die Mischkammer (1) eingeführt wird, das bis in die Unterdruckzone der Mischkammer (1) reicht.
EP87906554A 1986-10-27 1987-10-13 Brenner für die verbrennung von flüssigem brennstoff Expired - Lifetime EP0287596B1 (de)

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AT285586 1986-10-27

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EP0287596A1 true EP0287596A1 (de) 1988-10-26
EP0287596B1 EP0287596B1 (de) 1990-03-28

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