DE3416711A1

DE3416711A1 - Verbrennungsverfahren mit ionisationsueberwachung

Info

Publication number: DE3416711A1
Application number: DE19843416711
Authority: DE
Inventors: Heinz 7142 Marbach Kotzmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-05
Filing date: 1984-05-05
Publication date: 1985-11-07
Also published as: US4695245A; WO1985005168A1; JPS61502142A; EP0180607A1; CA1258617A; EP0180607B1; DE3572391D1

Description

PATENTANWALT GREGOR. SOIUSTER

lUROi'CAN PAIlNi-Al IQRNEY:-200C STLLmIA¹U I

P 1171 J

Heinz Kotzmann/ 7270 Nagold 6

Verbrennungsverfahren mit Ionisationsüberwachung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erzeugung einer nahezu rußfreien Flamme bei mit ölsprühkegel unter druckzerstäubenden Ölbrennern bzw. einem Brennerkopf eines ölbrenners, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens nach der Gattung des Anspruchs 4.

Bis vor einiger Zeit war ein Hauptproblem bei der Erzeugung von rußfreien Flammen, diese trotz der dort erforderlichen hohen Luftgeschwindigkeit und des hohen Zerstäubungsdruckes so kurz zu halten, daß im Feuerungsraum des Kessels eine für einen guten Wirkungsgrad einigermaßen gleichmäßige Flächenbelastung erzielt wird.

Es ist ein Verfahren zur Erzeugung einer kurzen rußfreien Flamme bekannt (DE-OS 32 28 452.7) sowie ein Brennerkopf eines ölbrenners, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens, bei dem mittels eines ersten, den ölsprühkegel erfassenden Luftstroms ein

fetteres Luftölgemisch für eine leuchtende Flamme erzielt wird und quer zum ersten Luftstrom in diesen ein zweiter gedrallter Luftstrom geleitet wird, um die Flamme zu verkürzen und restliche unverbrannte Teilchen zu verbrennen. Aufgrund des Gelbanteils kann diese Flamme optisch überwacht werden. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß bei Feuerungsanlagen mit niederen Abgastemperaturen eine möglichst gleichmäßige Belastung der befeuerten Kesselwände wünschenswert ist, was mit den bekannten Verfahren und Brennerköpfen nur sehr eingeschränkt möglich ist. Besonders die Zuordnung von gelber Flamme und zugesetzter Sekundärluft zur Erzeugung einer Blauflamme unterliegt einem verhältnismäßig engen Toleranzbereich. Bei blaubrennenden Flammen und einer Flammüberwachung durch das Ionisationsprinzip muß allerdings im Bereich des Überwachungsgebers ein ionisierbares Gasgemisch entstehen. Eine Gasflamme hat die Fähigkeit Strom zu leiten, wobei ein Gleichrichtereffekt stattfindet, so daß aus einer angelegten Wechselspannung ein Gleichstrom über die Gasflamme oder das Ionisationsgemisch entstehen kann. Bei den bekannten langen Blauflammen ist es somit erforderlich, die Ionisationselektroden oder die Elektrode dort anzuordnen, wo stets eine Ionisation gewährleistet ist, was bei den langen Flammen verhältnismäßig weit von

*** der öldüse entfernt ist.

Ein wesentliches Problem der bekannten ölbrenner mit Blauflamme besteht darin, daß bei den eingangs genannten, zur Erzeugung der Blauflamme erforderlichen Ver-

fahren ein sogenanntes Abreißen der Flamme leicht erfolgt, wodurch der Brenner entsprechend auf Störung geht.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten ölbren-35

ner besteht darin, daß beim Versuch, die Flamme möglichst kurz zu machen und außerdem beispielsweise durch Keramik-

rohre eine gute ölluftaufbereitung durch zusätzliche Hitzestaus zu erreichen, an der ölbrennerdüse Verkokungen auftreten, die den Spritzkegel oder gar die Spritzöffnung nachteilig deformieren. 5

Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbrennungsverfahren bzw. einen Brennerkopf zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, bei dem die Geometrie der Flamme an den Feuerraum zur Verbesserung des Wirkungsgrads anpaßbar ist, bei dem im Düsenbereich keine Verkokungen auftreten und der als einfache kompakte Einheit für ölbrenner unterschiedlicher Art lieferbar ist.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs sowie des Anspruchs 4 gelöst mit den Vorteilen, daß mit sehr einfachen Mitteln, nämlich der Änderung der jeweiligen durch die zylindrische Wand bzw. den Boden des Flammbechers eintretenden Luftmenge die Flamme in ihren geometrischen Abmessungen vollständig änderbar ist, ohne daß deshalb die Verbrennungs-

qualität verschlechtert wäre. Durch die Art des Eintritts der Luft am Boden des Flammbechers wird eine Verkokung im Düsenbereich vermieden, umsomehr als durch die Art der Luftdralle sich zusätzliche Hitzestaumittel erübrigen. Da die Flamme aufgrund der Lufteintritte in den Becher zurückgezogen wird, ohne daß die Becherwand überhitzt wird, können die Ionisationsüberwachung wie die Zündelektroden im Flammbecher angeordnet sein, wodurch eine kompakte und dadurch fertigungsgünstige Herstellung ermöglicht wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erdindung ist

die öldüse gegenüber dem Flammbecherboden leicht zurückgesetzt, so daß die eintretende Primärluft unmittelbar unter den ölsprühkegel gelangt und die Flamme zum Düsenaustritt hin abschirmt.
5

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung weist der schraubenförmige Kanal radiale Einlasse und/oder Auslässe auf und ist vorzugsweise in einem Einsatzring angeordnet, wobei die austretende Luft als geschraubter Drall bereits den ölsprühkegelanfang erfaßt, so daß bereits unmittelbar stromab der Austrittsöffnung der öldüse ein Flammkegel entstehen kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Drallvorrichtung der Sekundärluft stromauf der Strömungsverbindung zwischen Ringkanal und Flammbecherinnerem angeordnet, wobei die Drallrichtung im wesentlichen gleichgerichtet ist. Der Drall der Sekundärluft wirkt somit verstärkend auf die Drallerzeugung der schlitzförmigen Kanäle im

*^w zylindrischen Abschnitt des Flammbechers.

Zusätzliche Vorteile sind der nachfolgenden Beispielsbeschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäs-

sen Brennerkopf und
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Düsenstock 1 mit ölbrennerdüse 2 ist in einem Brennerkopfeinsatz 3 achsgleich eingespannt, der koaxial in einem Mantelrohr 4 des Brennerkopfs befestigt ist.

Das Mantelrohr 4 wird auf der Seite 5 in das Gehäuse eines Gebläseölbrenners eingesetzt, so daß in Richtung des Pfeiles I Luft unter gewisser Pressung (Gebläsepressung) zuführbar ist. Zum Düsenstock 1 führt eine Ölleitung 6, durch die Heizöl der ölbrennerdüse 2 zugeführt wird. Das Flammrohr 4 ist auf der der Eingangsseite 5 abgewandten Seite durch einen konischen Abschnitt nach innen gezogen, so daß ein endgültiger Ausgangsluftquerschnitt 8 entsteht.

Der teilweise im Schnitt dargestellte Brennerkofeinsatz 3 weist einen Flammbecher 9 auf mit einem zylindrischen Abschnitt Io und einem Flammbecherboden 11.

Die Wand des Flammbecherbodens 11 ist im Bereich der ölbrennerdüse 2 durchbrochen, wobei sich an der Wand der Durchbrechung ein Dralleinsatzring 12 abstützt, der durch die ölbrennerdüse 2 von unten an den Becherboden 11 gepreßt wird. Dieser Ring 12 ist auswechselbar und weist schraubenförmige schlitzartige Kanäle 13 auf, die abschnittsweise radiale Eintritts- bzw. Austrxttsöffnungen aufweisen. Hierdurch ist es möglich, durch Auswechseln dieses Ringes 12 die über die Primärluftkanäle 13 in den Flammbecher eintretende Luft einmal bezüglich ihrer Rich-

tung und zum anderen bezüglich ihrer Menge vorζübestimmen.

Die Austrittsschlitze 14 dieser Kanäle verlaufen, wie nicht näher ersichtlich, in radialer Richtung.

Der Flammbecherboden 11 ist außerdem noch durchbrochen 35

zur Aufnahme einerseits der Ionisationssonde 15 und andererseits der Zündelektroden 16, von denen nur eine dargestellt ist.

Zwischen dem zylindrischen Abschnitt Io des Flammbechers und dem Mantelrohr 4 entsteht ein Ringkanal 17 zur Leitung der Sekundärluft. Dieser Ringkanal verjüngt sich bei 18 zwischen dem Abschnitt 7 des Mantelrohres 4 und der oberen Kante 19 des zylindrischen Abschnitts Io. Stromauf des Ringkanals 17 ist eine Drallvorrichtung 2o für die Sekundärluft vorgesehen. Hierbei handelt es sich um einen Ring 21, in dem schrägverlaufende Kanäle 22 vorgesehen sind.

Auch im zylindrischen Abschnitt Io sind einen Drall erzeugende schlitzartige Kanäle 24 vorgesehen, durch die die Sekundärluft aus. dem Ringraum 17 in den Flammbecher gelangt. Je nach axialer Lage des Brennerkopfeinsatzes 3 zum Mantelrohr 4 kann der freie Durchgang 18 geändert werden, so daß für die Sekundärluft eine mehr oder weniger große Drossel entsteht. Je größer die Drossel bei 18 ist, desto größer ist die Menge an Luft, die über die Kanäle 24 in den Flammbecher einströmt. Auf diese Weise ist eine einfache Aufteilung der Sekundärluftmenge möglich.

Je nach Luftmenge, die durch die Kanäle 13 bzw. 24 in den Flammkopf 9 strömt, ändert sich die Geometrie der Flamme. Hierdurch kann auf sehr einfache Weise die Flamme dem jeweiligen Brennraum angepaßt werden. Aufgrund des teilweise radial nach innen gerichteten Austritts der Primärluft aus den Kanälen 13 wird außerdem ein Verkoken im Bereich des Düsenaustritts vermieden. Auf-

^J grund der günstigen Luftführungen des Dralls und der Abstimmung derselben entsteht bereits im Flammbecher 9 eine ausreichende Leitfähigkeit für eine Ionisationsflammenüberwachung und damit eine sehr kompakte Bauweise.

- Leerseite-

Claims

ÜII'L.-INC. PA 1"LNTANWALT GRECQg SQIUSIER ΐυΚΟΙΊΛΝ ΡΛίΙNI Al K)KNtY 7UtHJ SiU] Heinz Kotzmann, 7270 Nagold 6 Verbrennungsverfahren mit Ionisationsüberwachung Ansprüche

1) Verfahren zur Erzeugung einer nahezu rußfreien Flamme bei mit ölsprühkegel unter Druck zerstäubenden ölbrennern, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Form in Länge und Breite der Flamme durch Zuordnung von zwei, Verbrennungsluft in einen Flammbereich leitenden Kanälen (13, 24) bestimmbar ist, indem bei Erzeugung eines unterschiedlichen Dralls derselben die in jeden der Kanäle zugeführte Luftmenge für sich änderbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bereits nahe des ölaustritts aus der Düse eine für die Ionisationsüberwachung ausreichende Flamme entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ölsprühkegel zugeführten Luftmengen in einen primären und einen sekundären Luftstrom aufgeteilt sind, von denen der Primärluftstrom im wesentlichen in Flammrichtung zugeführt, hingegen der Sekundärstrom quer zur Flammrichtung zugeführt wird.

4. Brennerkopf eines ölbrenners, insbesondere zur

Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 mit einem Mantelrohr zur achsgleichen Aufnahme eines Düsenstocks mit einer einen ölsprühkegel erzeugenden ^ öldüse, eines Flammbechers mit einem Einlaß für unter den Sprühkegel geleiteter Primärluft, einem Ringkanal zwischen Mantelrohr und Flammbecher zur Leitung von stromab des Flammbechers der Flamme zugeführter Sekundärluft, einer Strömungsverbindung zwischen Ring-IQ kanal und Flammbecherinnerem und einer Drallvorrichtung im Sekundärluftstrom, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsverbindung in der zylindrischen Wand (lo) des Flammbechers (9) sich axial ausdehnende, schräg zur Bechertangente verlaufende schlitzförmige ]5 Kanäle (24) vorgesehen sind, durch die die in den Flammbecher (9) aus dem Ringkanal (17) strömende Luft zylinderförmig gedrallt wird und daß im Boden (11) des Flammbechers (9) auf Radien liegende Mündungen (14) für die Primärluft aus Kanälen (13) vorgesehen sind, die zur Erzeugung eines schraubenförmigen Dralls mindestens abschnittsweise einen schraubenförmigen Verlauf aufweisen.

5, Brennerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ölbrennerdüse (2) gegenüber dem Boden (11) des Flammbechers (9) leicht zurückgesetzt ist.

6, Brennerkopf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Kanäle (13) abschnittsweise seitlich offen und damit radiale Einlasse und/oder Auslässe aufweisen.

7, Brennerkopf nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Kanäle (13) in einem Einsatzring (12) verlaufen, der austauschbar und vorzugsweise mit der ölbrennerdüse (2) festspannbar ist.

]

8. Brennerkopf nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (4) auf der Mündungsseite nach innen gezogen ist und der dadurch gebildete Kegel (7) mit dem stromabseitigen Ende (19) des zylindrischen Abschnitts (lo) des Flammbechers (9) eine Durchgangsdrossel (18) für die Sekundärluft bildet.

9. Brennerkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, IQ daß der Flammbecher (9) bezüglich des Mantelrohres (4) axial verschiebbar ist, wodurch der Drosselquerschnitt (18) änderbar ist.

10. Brennerkopf nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch

■)5 gekennzeichnet, daß die Drallvorrichtung der Sekundärluft stromauf des Ringkanals (17) angeordnet ist.

11. Brennerkopf nach einem der Ansprüche 4 - lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber der Flammüberwachung und die Zündelektroden innerhalb des Flammbechers (9) angeordnet sind.

12. Brennerkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Flammüberwachung eine Ionisationssonde (15) dient, die mit dem Flammbecher (9) als geerdetem Spannungspol zusammenwirkt.