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Vergasungsölbrenner
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw.
einem Vergasungsbrenner zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung des Hauptanspruchs
und des Anspruchs 4.
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Vergasungsbrenner unterscheiden sich von konventionellen Ölbrennern
dadurch, daß sie beim Betrieb im nahstöchiometrischen Bereich keinen Ruß erzeugen,
sondern nur geringe Mengen CO. Die Vergasung wird durch mechanische oder thermische
Aufbereitung des Öls bewirkt. Es ist auch eine Kombination von beiden Arten der
Aufbereitung möglich.
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Die thermische Vergasung erfolgt üblicherweise durch Rezirkulation
heißer Verbrennungsgase, welche dem zerstäubten Ö1 beigemischt werden. Die dadurch
erzielte gasartige Flamme brennt blau (DE-OS 27 oo 671). Eine gasartige Flamme bedeutet,
daß die Flammenüberwachung nicht durch die bei konventionellen ölbrenner übliche
Fotozelle vorgenommen werden kann, da der Anteil an sichtbarem Licht zu gering ist.
Die beim Gasbrenner
problemlose Ionisationssonde, welche auch beim
blaubrennenden ölvergasung sbrenner die Flammenüberwachung besorgt, neigt bei diesem
Anwendungsfall zu Störungen.
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Manche Konstruktionen von Vergasungsölbrennern haben eine orangefarbene
Flamme, welche ebenfalls nicht optisch überwacht werden kann. Es sind auch Versuche
unternommen worden, Vergasungsbrenner zu konstruieren, welche sich mit Fotozellen
überwachen lassen. Es hat sich aber gezeigt, daß allenfalls eine zu geringe Teilvergasung
zustande kommt. Werden solche Brenner im nahstöchiometrischen Bereich betrieben,
so erzeugen sie Ruß ebenso wie konventionelle ölbrenner. Ein derartiger Brennerkopf
wird in derDE -OS 28 o7 186 beschrieben.
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Es ist auch möglich, mittels Reflexion von Wärme eine gewisse Vergasung
zu erzielen, welche jedoch, wie in der DE-OS 17 51 832 beschrieben, nicht befriedigt.
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Ein anderes Verfahren wird in derDE-OS 28 36 534 beschrieben. Hier
wird die Brennermündung trichterförmig aus Keramik ausgeführt. Eine Ausgestaltung
dieses Brenners hat auch an der Brennermündung eine Prallscheibe, um die Flamme
zu verkürzen. Doch auch bei dieser Konstruktion ist der Anteil der Vergasungsreaktion
zu gering.
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Einem Diagramm der genannten OS zufolge entsteht schon unter einem
02-Gehalt von 2 z Ruß. Es wurde außerdem nicht erkannt, daß die Beimischung der
Sekundärluft mit vollem Ventilatordruck sowie der Stau der Flamme die Vergasung
wesentlich verstärkt, so daß auch bei einem 02-Gehalt von weniger als 1 % ein Betrieb
mit Rußzahl O möglich macht.
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Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, einen ö1-vergasungsbrenner zu entwickeln, weicher auch bei freiem 2 unter
1 % absolut rußfrei brennt und dabei nur geringe Mengen CO erzeugt. Die Flamme dieses
Brenners soll je nach Ausgestaltung des Flammrohres eine kurze oder lange Flamme
möglich machen. Eine optische Flammenüberwachung soll gegeben sein.
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Vorteile der Erfindung Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst, mit den Vorteilen, daß mit einfachsten Mitteln
eine optische überwachbare gasartige Flamme erzielt wird.
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Die Primärluft wird vorzugsweise über eine Stauscheibe dem ölnebel
beigemischt. In diesem Bereich entspricht die Flamme genau der eines konventionellen
ölbrenners mit genügend großem Strahlungsanteil, so daß sie optisch überwacht werden
kann.
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Die Sekundärluft wird über kleine Schlitze oder Bohrungen mit tangential
in den ölnebel eindringenden Luftstrahlen zugeführt, was eine intensive Mischung
gewährleistet. Wird die Sekundärluft ohne Drall zugeführt, können sich leicht Rußablagerungen
im Flammrohr bilden.
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Die beste Mischung zwischen ölnebel und Verbrennungsluft wird dann
erzielt, wenn die Sekundärluftöffnungen in großer Anzahl und mit möglichst kleinem
Querschnitt vorhanden sind. Bei Brennern mit einem öldurchsatz von max. 3,0 kg/h
haben sich Querschnitte von 1,5 - 5 mm2 als optimal erwiesen.
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Stromab der Sekundärluftöffnungen schließt sich ein Flammrohr an,
wobei die minimale Länge etwa dem Durchmesser des Rohres entspricht. Am Ende des
Flammrohres ist eine Prallscheibe angeordnet, welche die Flamme verkürzt und zusätzlich
staut, so daß die thermische Belastung des Flammrohres größer wird. Auf diese Weise
wird die Vergasung verbessert und die Bildung von Kohlenmonceyd weiter verringert.
Der Durchmesser der Prallscheibe sollte 25 bis 75 % des Durchmessers des Flammrohres
betragen.
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Wird die Prallscheibe wesentlich größer dimensioniert, so wird zwar
die Flamme optisch gasartiger, jedoch steigt die Bildung von Kohlenmonoryd wieder
an, da durch den zu großen Widerstand im Flammrohr die Mischgeschwindigkeit sinkt.
Die Prallscheibe kann aus keramischen Materialien oder auch aus Metall hergestellt
sein.
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Chrom-Eisen-Alu-Legierungen sind den vorkommenden Temperaturen von
max. 1200 ° C gewachsen. Die Prallscheibe kann auch mit Flügeln versehen sein, so
daß die Flamme noch einen zusätzlichen Drall erhält.
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Das Flammrohr kann aus den üblichen hitzebeständigen Stählen hergestellt
werden. Die an dieser Stelle auftretenden Temperaturen betragen etwa 850 - 950 O
C.
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Im Gegensatz zu den mit Rezirkulation arbeitenden 51-brennern ist
das Flammrohr des erfindungsgemäßen Brennerkopfes wesentlich kürzer. Der Abstand
zwischen der öldüse und der Prallscheibe beträgt bei einem öldurchsatz bis max.
2,5 kg/h etwa loo mm. Durch das im Betrieb glühende Flammrohr besteht die Gefahr,
daß zuviel Wärme stromauf zum Ventilatorgehäuse gelangt, so daß
die
Umgebungstemperatur an der Fotozelle zu hoch würde.
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Es ist aus diesem Grunde empfehlenswert, das Flammrohr vom Brennerrohr,
welches im Ventilator-Gehäuse befestigt ist, thermisch zu isolieren. Akustisch entspricht
der dieser Vergasungsölbrenner dem Geräuschniveau der kovcntionellen Geräte.
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Dieses System kann sinngemäß für alle Arten der blzerstäubung angewandt
werden. Als zusätzlicher Effekt wird durch den thermischen Stau im Flammrohr die
Stauscheibe sehr heiß, so daß Ablagerungen nicht entstehen können, wie dies oft
bei konventionellen ölbrennern der Fall ist.
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Beschreibung des Erfindungsbeispiels Im Brennerrohr 1 ist der Düsenstock
2 mit der Stauscheibe 3 im Rohrstück 4 verschiebbar angeordnet. Die Zündelektroden
sind nicht dargestellt. Am Stauscheibenhalter 5 ist mit den Stegen 6 der Ring 7
befestigt. Durch Verschieben des Düsenstockes 2 kann der durch den Ring 7 und dem
Rohrstück lo entstehende Spalt 8 verändert werden.
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Es ist damit möglich, die Sekundärluftmenge zu regulieren, welche
durch den Ringkanal 9 zu der zweiten Reihe der Sekundärluftöffnungen 11 strömt.
Wie durch die Strömungspfeiler gezeigt, sind die öffnungen 11 als Kiemen ausgebildet
und schräg angeordnet, so daß sie der durchströmenden Verbrennungsluft einen Drall
aufzwingen.
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Die Luftstrahlen dringen dabei in das durch den ölnebel und der durch
die Stauscheibe 3 strömenden Primärluft gebildete Gemisch ein. Primär- und Sekundärluft
haben dieselbe Drallrichtung.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein Flammrohr 12 dargestellt. Der
Schnitt zeigt stark schematisch die Stauscheibe 3 und die Sekundärluftöffnungen
11. Es ist dabei ersichtlich, wie sich die durch Pfeile dargestellten Luftstrahlen
der Schlitze in der Stauscheibe 3 und der Sekundärluftöffnungen 11 durchdringen.
Auf diese Weise wird eine intensive Mischung erzielt und sichergestellt, daß die
Flamme das Flammrohr 12 voll ausfüllt. Die Achsen der Kiemen 11 und des Flammrohres
12 schneiden sich am Luftaustritt der Kieme 11 und bilden einen Winkel von 450.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen des Brenners kann dieser Winkel 0 - 9o° betragen.
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Nach der Zuführung der Sekundärluft durch die öffnungen 11 entsteht
in der durch das Flammrohr 12 gebildeten Brennerkammer 15 ein intensiv durchgewirbeltes
Gemisch. An der Mündung des Flammrohres 12 ist mittels der Halter 14 die Prallscheibe
13 angebracht. Die Prallscheibe 13 staut die Flamme in der Brennkammer 15, so daß
die thermische Belastung der Brennkammer 15 sehr hoch wird.
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Die intensive Mischung in Verbindung mit dem thermischen Rückstau
bewirkt, daß ein sehr guter Vergasungs-Effekt zustande kommt. Die besten Ergebnisse
bezüglich geringer Co-Bildung werden erzielt, wenn der Durchmesser des Flammrohres
zwischen 80 - 120 mm liegt, bei Prallscheiben-Durchmessern von 30 - 80 mm, jeweils
bezogen auf einen Brenner bis zu einem öldurchsatz von max. 3 kg/h.
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Aus praktischen Gründen beschränkt man sich auf Durchmesser des Flammrohres
zwischen 80 und loo mm. Damit sind bei C02-Werten von 14 - 15 % CO-Werte von lo
- 30 ppm möglich; bezogen jeweils auf den Rußwert 0.
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Zumindestens die erste Reihe der Sekundärluft-öffnungen 11 in der
Nähe der Stauscheibe wird mit dem vollen Ventilator-Druck beaufschlagt. Bei kleinen
Leistungen kann die zweite Reihe der Sekundärluftöffnungen entfallen. Da das Flammrohr
12 sehr heiß wird, sollte bei einer kurzen Ausführung des Brennerrohres 1 eine thermische
Isolierung vorgesehen werden, welche verhindert, daß das Brennerrohr zuviel Wärme
zum Ventilatorgehäuse leitet.
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An der Mündung des Flammrohres 12 wird die Prallscheibe 13 durch die
Stege 14 befestigt. Die Prallscheibe bewirkt nicht nur eine Verkürzung der Flamme,
sondern durch den Stau der Flamme wird die thermische Belastung des Flammrohres
12 so groß, daß die intensive Mischung in Verbindung mit der thermischen Aufbereitung
die Vergasung bewirkt. Durch die Größe und Lage der Prallscheibe 13 zur Flammrohrmündung
kann nahezu jede beliebige Flammenform erzeugt werden.
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In Fig. 1 stellen die Pfeile 16 etwa die Flammenform dar, wie sie
bei der Größe und Laqe der Prallscheibe zu erwarten ist.
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In Fig. 3 ist eine Flammrohrmündung für eine lange Flamme dargestellt.
Das Flammrohr 12 trägt mittels der Stege 14 die Prallscheibe 13. Das Flammrohr 12
erweitert sich im Bereich der Prallscheibe 13 etwas und kann sich dann zur Bildung
einer extrem langen Flamme wieder verengen.
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So ist es auch möglich, die Prallscheibe verstellbar auszuführen.
Ebenso kann die Zufuhr der Sekundärluft stufenlos verstellbar ausgeführt werden.
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Der freie Querschnitt zwischen Prallscheibe und Flammrohr hat sich
bei einer Leistung von 1,5 - 3 kg öl mit 40 - 65 cm2 als ideal erwiesen, damit Stau
und Mischgeschwindigkeit sich ergänzen.
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Besonders bei kleinen Leistungen unter 1,5 kg kann es empfehlenswert
sein, das Flammrohr 12 zu isolieren oder aus einem schlechten Wärmeleiter herzustellen,
um zu verhindern, daß das Flammrohr nach außen zu viel Wärme verliert. Bei der Verwendung
eines solchen Brenners in einem modernen Heizkessel mit heißer Brennkammer ist dies
nicht erforderlich, da die Abgase nach dem Verlassen des Flammrohres wieder in die
entgegengesetzte Richtung strömen und dadurch das Flammrohr auch von außen aufheizen.
Es ist auch möglich, das Flammrohr an der Mündung so auszugestalten, daß die Abgase
oder ein Teil der Flamme nach rückwärts strömt und dabei das Flammrohr ebenfalls
außen erwärmen.
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