DE2807186A1

DE2807186A1 - Mischkopf fuer brenner kleiner heizleistungen

Info

Publication number: DE2807186A1
Application number: DE19782807186
Authority: DE
Inventors: Karl Bodemer
Original assignee: Individual
Current assignee: Bieler & Lang 7590 Achern De GmbH
Priority date: 1978-02-20
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1979-08-23
Also published as: FR2417720A1; ES474422A1; DE2807186C2; BE871637A; IT7828938A0; IT1099406B

Description

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Mischkopf für Brenner kleiner Heizleistungen

Die Erfindung betrifft einen Mischkopf für Kohlenwasserstoff- und insbesondere Heizöl-Brenner für kleine Heizleistungen von insbesondere 10.000 bis 40.000 WE/h bei Brennstoffdurchsatzmengen im Bereich von insbesondere etwa 1 bis 4,5 kg/h gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit einem Mischkopf der vorstehend bezeichneten Gattung befaßt sich bereits die Erfindung der Hauptanmeldung P 27 15 456.9, Im übrigen sind derartige Mischköpfe auch schon mehrfach bekannt. Hierbei besteht die Staueinrichtung in einer einfach koaxial zum Mantelrohr angeordneten Scheibe, wobei der äußere Scheibendurchmesser deutlich kleiner als der Innendurchmesser des Mantelrohrs ist. Der zwischen dem äußeren Scheibenrand und der Innenwandung des Mantelrohrs gebildete Ringspalt stellt dabei die Durchtrittsmöglichkeit

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für sekundäre Verbrennungsluft dar. In eine» vorhäLtnis-päßig geringen Abstand hinter 4er beschriebenen Stauscheibe ist die eigentliche Brennerdüse angeordnet, durch die hindurch der Bronnstoff aufgespritzt ur.d dabei zerstäubt wird. Bei den bisher bekannten MiscHkä-pfen findet jedoch in nachnoiliner -«eise innerhalb derselben eine unvollkommene Verbrannung statt, während die Vervollständiauna der "erbrennung, also die Pestverbrennunq, innerhalb des Feuerrauns eines zugehörigen Heizkessels oder deraleichen stattfindet. Die Zuführung der erforderlichen Verbrennunsluft, also der primären Verbrennungsluft und der sekundären Verbrennungsluft sowie eines evtl. Luftüberschusses, erfolgt durch das Mantelrohr hindurch von einen der" Brenner zugeordneten aus.

Die Durchführung der Restverbrennung in Feuerraum eines nachgeordneten Kessels bereitet jedoch stets besondere Schwierigkeiten. Dies gilt insbesondere schon deshalb, weil die Feuerräume unterschiedlicher Kessel verschiedener Hersteller verständlicherweise unterschiedlich aestaltet sind, so daß für die Restverbrennunq unterschiedliche Feuerräure zur "erfügung stehen, von denen bestenfalls einer in Hinblick auf die Durchführung der Rest verbrennung ootinial aestaltet sein kann. Bedingt durch die verschiedene Gestaltuna der Feuerräurce stellen sich unterschiedliche Strömunaen in diesen ein, die die Tlamrcenbilduna in aro^ern '^a"o beeinflussen μπΛ dabei die ^e stverbrennung erheblich stören. Hin autes Anzeichen für die Abhängigkeit der Güte der Restverbrennunq unter Verwendung eines beliebigen vorbekannten Mischkoofes ist die Tatsache, daß der Versuch der Durchführung der Pestverbrennunα in freien Raum, also ohne besonders gestalteten Feuerraun, oraktisch fehlschläat, indem die Flame nach oben "leckt" und stark rußt. Dies alles ist ein Anzeichen dafür, da ¹^ die bekannten Mischköofe ihre Aufciabe nur in sehr r.anaelhafter "eise erfüllen. In "ibriaGn besteht die Gefahr einer weiteren Verschlechterung der Hesantverbrennuna bei den bekannten

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BAD ORIGINAL

Mi5C:i'<opfen dann, w^nn. äie keinem falls auch nur annähernd ootirtala Verbrennung des iSrennstoffs zu Ablagerungen an dor Stauscheibe führt , wodurch dio "trönunqsVerhältnisse der primären und <ler sekundären Verbrennungsluft derart beeinträchtigt werden können, daß die Bildung von Ablagerungen noch weiter beschleunigt wird und es schließlich gegebenenfalls sogar zu einem endgültigen Erlöschen der Flamme kommt.

Der Erfindung liegt daher ebenso wie der Erfindung der Hauptanmeldung P 27 15 456.9-13 die Aufgabe zugrunde, den Mischkopf der eingangs bezeichneten Gattung derart abzuändern und zu verbessern, daß optimale Verbrennungsverhältnisse erreicht werden und damit die Möglichkeit geschaffen wird,einen mit dem erfindungsgemäßen Mischkopf ausgestatteten Brenner in Verbindung mit hinsichtlich ihres Feuerraums unterschiedlich gestalteten Kesseln zu verwenden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung der Hauptanmeldung P 27 15 456.9-13 in auf das wesentlichste reduzierter Darstellung eine Staueinrichtung vor in der Form einer eine zentrale öffnung aufweisenden Scheibe, an die außenseitlich ein Kegelstumpfmantel anschließt, der an seinem anderen Ende von einer Ringscheibe umgeben ist, die an die Innenwandung des Mantelrohres anschließt. Die zentralgelegene Scheibe besteht aus Lamellen mit zwischen diesen liegenden Durchtrittsspalten für primäre Verbrennungsluft, während am Kegelstumpfmantel entsprechende öffnungen für sekundäre Verbrennungsluft vorgesehen sind. Diese Lösung gemäß Hauptanmeldung P 27 15 456.9-13 führt bereits zu einer technisch ausgereiften Lösung der gestellten Aufgabe, die an sich keine weiteren Wünsche offenläßt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist jedoch festgestellt worden, daß auch eine anderweitige Lösung der gestellten Aufgabe ausgehend von dem gleichen vorbekannten Mischkopf erreichbar ist, Diese Lösung besteht in den im Kennzeichenteil des Anspruches angegebenen Merkmalen.

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Die dabei vorgesehene besondere Gestaltung unter Verwendung des gebläseseitig geschlossenen Innenrohres, das an seinem freien Ende mit dem entsprechenden Ende des Mantelrohrs in Verbindung steht, schafft zusätzlich die Möglichkeit, die Primärluftzuführung zu regeln, so daß der Verbrennungsablauf jederzeit tatsächlich optimierbar ist durch entsprechende Einstellung der Verbrennungsluftmengen. Der zwischen Innenrohr und Mantelrohr bestehende Ringraum dient der Weiterführung von Luft zu den Durchtrittsöffnungen für sekundäre Verbrennungsluft, die in Hinblick auf eine entsprechende Ausrichtung dieser Luft zur Staueinrichtung angeordnet sind. Die am gebläseseitigen geschlossenen Ende des Innenrohrs vorgesehenen Durchtrittsöffnungen für primäre Verbrennungsluft, die selbstverständlich auch mit einer zusätzlichen Einrichtung zur Regelung ihres wirksamen Durchtrittsquerschnittes ausgestattet sein können, sind jedoch in bevorzugter Weise stets offen zu halten, damit auf diesem Wege eine Mindestmenge primärer Verbrennungsluft jederzeit der Brennerdüse bzw. der Stauscheibeneinrichtung zuführbar ist. Demzufolge sollte die eventuell in diesem Bereich vorgesehene Regelung in bevorzugter Weise lediglich eine solche sein, die nicht eine Regelung bis auf 0 zuläßt. Demgegenüber kann die Regelung der am gebläseseitigen Ende des Innenrohrs gelegenen Durchtrittsöffnungen eine solche bis auf 0 sein, da je nach Betriebszustand die Primärluftzuführung durch die zuvor genannten Durchtrittsöffnungen des gebläseseitigen geschlossenen Endes des Innenrohrs für die Primärverbrennung ausreicht. Die erfindungsgemäß vorgesehene besondere Gestaltung des Mischkopfs führt zu solchen Strömungsverhältnissen der primären und sekundären Verbrennungsluft, daß der gesamte durch die Düse zugeführte Brennstoff innerhalb der von dem Mischkopf gebildeten Mischeinrichtung rückstandfrei verbrennt. Unterschiedliche Feuerraumformen und -größen sowie unterschied-

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liehe Strömangsverhältnisse und unterschiedlicher Feuerraumdruck, in diesen Räumen haben auf die Flamme keinen Einfluß. Dies haben für den vorliegenden Fall besonders deutlich Versuche gezeigt, bei denen ein mit dem erfindungsgemäßen Mischkopf ausgestatteter Brenner ohne nachgeschalteten Feuerrauneines zugehörigen Kessels betrieben worden ist. Hierbei handelt es sich also wiederum um eine Verbrennung in "freier" Atmosphäre, wie diese auch zur Feststellung der Zweckmäßigkeit der besonderen Gestaltung gemäß Hauptanmeldung P 27 15 456.9-13 versuchsweise erprobt worden ist. Dabei war festzustellen, daß die Flamme vollständig sauber brannte, keine Geruchsbildung entstand und auch kein Teil des Brennstoffnebeis etwa seitwärts abgesprüht wurde. Diese Brennverhältnisse sind darauf zurückzuführen, daß durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Mischkopfs solche Strömungsverhältnisse und -geschwindigkeiten der Verbrennungsluft ausgebildet werden, daß eine gute Vermischung des von der Düse ausgespritzen Brennstoffnebels mit der Verbrennungsluft eintritt und dieses so gebildete Gemisch stabilisiert wird. Die Güte der Vermischung und die Stabilisierung des Gemischs sind dafür verantwortlich, daß bereits in der Flammen wurzel eine heiße Zone erreicht wird. Diese sorgt ihrerseits für eine gute innere Erwärmung des Innenrohrs bzw. der Stauscheibeneinrichtung, so daß die durch die am freien Ende des Innenrohrs vorgesehenen Durchtrittsöffnungen hindurchgeführte sekundäre Verbrennungsluft vorerwärmt wird. Infolge der Güte der erreichten Verbrennung sind weder an der Stauscheibeneinrichtung noch an der Innenwand des Innenrohrs Ablagerungen zu beobachten.

Ein weiterer sehr erheblicher Vorteil besteht darin, daß sich der Mischkopf mit regelbarer Primärverbrennungsluft auf den Feuerraumdruck maximal einstellen läßt, so daß selbst bei öldurchsätzen unter 1 kg/h maximale Verbrennungswerte erreicht werden.

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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Mischkopfs sind aus den Unteransprüche zu ersehen.

Unter Berücksichtigung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips und einzelner der besonderen Weiterbildungsmaßnahmen können Mischköpfe gebaut werden, die zumindest für den praktischen Gebrauch als tatsächlich optimal bezeichnet werden dürfen und auch für größere öldurchsatzmengen geeignet sind. Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier beispielhaft zu verstehender besonderer Ausführungsformen und unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die entsprechende zeichnerische Darstellung weiter ins einzelne gehend beschrieben; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Beide dargestellte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Mischkopfs bestehen prinzipiell aus einem Mantelrohr 1, einem Innenrohr 2 und einer Staueinrichtung 3.

Das Mantelrohr 1 kann dabei eine Verlängerung oder Bestandteil des Zuführungsrohres sein, mittels dessen die Verbrennungsluft von einem dem Mischkopf vorgeschalteten Brennergebläse zugeführt wird.

Das Innenrohr 2 ist konzentrisch zum Mantelrohr 1 unter Belassung eines Ringraums 4 angeordnet, und zwar derart, daß die freien Enden der beiden Rohre 1 und 2 in verschlossener Weise miteinander in Verbindung stehen, so daß die durch den Ringraum 4 zugeführte Luft nicht nach vorne austreten kann. Zum Austritt der durch den Ringraum hindurchgeführten Luft, nämlich der sekundären Verbrennungsluft, sind am Innenrohr 2 im Bereich des vorderen bzw. freien Endes Durchtrittsöffnungen 5 derart vorgesehen, daß die durch diese hindurchtretende sekundäre Verbrennungsluft in Richtung auf die Staueinrichtung 3 geführt wird. Zur Unterstützung der entsprechenden Ausrichtung der sekundären Verbrennungsluft durch die entsprechend ausgerichteten Durch-

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trittsöffnungen 5 können ebenfalls entsprechend ausgerichtete Leitbleche 6 vorgesehen sein. Anstelle dieser Leitbleche 6 oder zusätzlich zu diesen kann im übrigen eine besondere geometrische Gestaltung des Ringraums 4 im Bereich der gegenseitigen Verbindung von Mantelrohr 1 und. Innenrohr 2 vorgesehen werden, die die sekundäre Verbrennungsluft bereits entsprechend ausgerichtet den Durchtrittsöffnungen 5 oder einer Ringspaltöffnung zuführt. Eine entsprechende geometrische Gestaltung des Ringraums 4 ist im linken Teil der Fig. 1 strichliert angedeutet.

Am rückwärtigen, nämlich gebläseseitigen Ende ist das Innenrohr 2 an sich vollständig geschlossen. Es ist lediglich eine öffnung zur Hindurchführung des Düsenstocks vorgesehen, der diese öffnung auch vollständig ausfüllt, so daß durch diese öffnung keine Luft hindurchtritt. Im übrigen sind an diesem verschlossenen Ende des Innenrohrs 2 lediglich gleichmäßig über den Umfang verteilte kleine Durchtrittsöffnungen 7 für primäre Verbrennungsluft vorgesehen, deren Querschnitt derart bemessen ist,daß etwa 5 bis 15% der gesamten stöchiometrisch erforderlichen Verbrennungsluftmenge hindurchführbar sind.

Im Bereich des gebläseseitigen Endes des Innenrohrs 2 sind des weiteren Durchtrittsöffnungen 8 für primäre Verbrennungsluft vorgesehen, die über den Umfang des Innenrohrs 2 verteilt angeordnet sind. Diese öffnungen 8 sind so bemessen, daß bis zu etwa 3/4 der gesamten stöchiometrisch erforderlichen Verbrennungsluftmenge hindurchführbar sind. Diese öffnungen 8 sind im übrigen in Hinblick auf ihren wirksamen Durchtrittsquerschnitt verstellbar, wozu ein außenseitig am Innenrohr 2 verstellbar angeordneter Ring 9 dient, der nach der Darstellung in Fig. 1 in Längsrichtung verschiebbar ist, um so die öffnung 8 teilweise oder vollständig zu verschließen. Der Ring 9 Jcann selbstverständlich auch ein in Umfangsrichtung verstellbarer Ring mit entsprechenden öffnungen sein, die bei Anordnung über den öffnungen 8 letztere vollständig freilassen und bei anderweitiger Anordnung die öffnungen 8 teilweise oder gänzlich verschließen.

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Die Staueinrichtung 3 besteht prinzipiell in einer einfachen Scheibe mit einer zentralen öffnung zum Hindurchspritzen des von der Düse zerstäubten Brennstoffs und zumindestens teilweisen Hindurchführung von primärer Verbrennungsluft. Die Stauscheibe 3 kann gegenüber dem Innenrohr 2 unter Belassung eines kleinen Ringspalts 10 angeordnet sein, der wiederum der Hindurchführung weiterer primärer Verbrennungsluft dient. Insbesondere kann der Außenrand der Stauscheibe 3 einen in Richtung auf das freie Ende des Mischkopfs vorgezogenen Rand besitzen, so daß die durch den Ringspalt 10 hindurchtretende Verbrennungsluft die Flammenbildung noch nicht von der Stauscheibe 3 wegführt, sondern die Entstehung und Stabilisierung der Flammenbildung im unmittelbaren Bereich der Stauscheibe 3 begünstigt.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 entspricht prinzipiell demjenigen der Fig. 1 und unterscheidet sich von diesem lediglich in einigen Details. Deren wichtigstes besteht darin, daß das Mantelrohr 1 hier über das freie Ende des Innenrohrs hinaus verlängert ist, und zwar unter Bildung einer Querschnittsverjüngung. Durch den entsprechenden Verlängerungsbereich 11 bzw. dessen besondere Gestaltung und Längenerstreckung kann eine weitere Optimierung der Flammenbildung erreicht werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Mantelrohr 1 gegenüber dem Innenrohr 2 in Längsrichtung verstellbar ist, so daß zwischen dem Mantelrohr 1 und dem Innenrohr 2 bei 12 ein kleiner Ringspalt ausbildbar ist, durch den weitere Luft hindurchführbar ist, um so die Flammengestaltung zu beeinflussen und damit die Flammenbildung zu stabilisieren.

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Claims

Patentansprüche

(V). Mischkopf für Kohlenwasserstoff- und insbesondere Heizöl-Brenner für kleine Heizleistungen von insbesondere etwa 10.000 bis 40,000 WE/h bei Brennstoffdurchsatzmengen im Bereich von insbesondere 1 bis 4,5 kg/h bestehend aus einem Mantelrohr als Verlängerung des Luftzuführungsrohrs des Brenners bzw. dessen Luftgebläses oder als Bestandteil dieses Rohres und aus einer Gtaueinrichtung, die im Inneren des Mantelrohres mit Abstand vor dessen vorderen Mündung angeordnet ist und eine zentrale Öffnung zur Durchführung primärer Verbrennungsluft besitzt, wobei eine Durchtrittsmöglichkeit für sekundäre Verbrennungsluft gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Mantelrohres (1) unter Belassung eines Ringraumes (4) zu diesem ein Innenrohr (2) eingesetzt ist, dessen gebläse-

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seitiges Ende geschlossen und dessen anderes freies Ende mit dem freien Ende des Mantelrohres (1) zur Verschließung des Ringraumes (4) in Verbindung steht, daß die Staueinrichtung aus einer die zentrale öffnung aufweisenden Scheibe (3) besteht, die gegebenenfalls unter Belastung eines Ringspaltes (10) zur Innenwandung des Innenrohrs (2) Durchtrittsöffnungen (5) für sekundäre Verbrennungsluft derart ausgerichtet vorgesehen sind, daß von dem Ringraum (4) aus durchtretende sekundäre Verbrennungsluft in Richtung auf den Rand der Staueinrichtung (3) geführt ist, und daß im Bereich des gebläseseitigen geschlossenen Endes des Innenrohrs (2) und am abschließenden Bereich desselben Durchtrittsöffnungen (7,8) für primäre Verbrennungsluft vorgesehen sind.
2. Mischkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (8) für primäre Verbrennungsluft im Bereich des gebläseseitigen Endes des Innenrohrs (2 ) in ihrem wirksamen Durchtrittsquerschnitt verstellbar sind.
3. Mischkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffiiungen (7) für primäre Verbrennungsluft am abschließenden Bereich des Innenrohrs (2) über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet und in ihrem wirksamen Durchtrittsquerschnitt so bemessen sind, daß die Menge der durchtretenden primären Verbrennungsluft 5 bis 15% der jeweils stöchiometrisch erforderlichen Menge ausmacht .
4. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des freien Endes des Innenrohrs vorgesehenen Durchtrittsöffnungen (5) für sekundäre Verbrennungsluft über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet oder als Ringspalt gestaltet sind.

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5. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe (3) in Längsrichtung innerhalb des Innenrohrs (2) verstellbar angeordnet ist.
6. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe (3) aus schräggestellten Lamellen aufgebaut ist, zwischen deren benachbarten und im wesentlichen radial verlaufenden Rändern Durchtrittsspalten für einen Teil der primären Verbrennungsluft vorgesehen sind.
7. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialhöhe der Durchtrittsspalten der Stauscheibe (3) 0,6 bis 0,8 mm mißt.
8. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein solches Verhältnis der Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen (5,7,8) für primäre und sekundäre Verbrennungsluft, daß die Menge der primären Verbrennungsluft zwischen 70 und 90% der jeweils stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge ausmacht.
9. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Stauscheibe (3) dem 0,65 bis 0,75-fachen des Innendurchmessers des Mantelrohres (1) entspricht.
10. Mischkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) durchgehend zylindrisch oder am vorderen Ende verjüngt ist.

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