DE4222839A1 - Ölbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölbrenner mit einer Öldüse, die mittels einer Ölzufuhrleitung mit Öl versorg­ bar und aus der ein Ölstrahl abstrahlbar ist, einer Zer­ stäubergasdüse, die stromab der Öldüse angeordnet und mit­ tels einer Gaszuleitung mit verdichtetem Zerstäubergas ver­ sorgbar ist und in der ein sich in Öffnungsrichtung erwei­ ternder Düsenraum ausgebildet ist, in dem der Ölstrahl und das Zerstäubergas durchmischbar und der entstehende Öl/Zer­ stäubergasstrom mit einem Drall beaufschlagbar sind, und einem Brennerrohr, das die Öldüse und die Zerstäubergas­ düse koaxial umgibt, das mit seinem stromabwärtigen End­ abschnitt über die Austrittsfläche des Düsenraums der Zer­ stäubergasdüse vorsteht und durch das der aus der Zerstäu­ bergasdüse austretende durchmischte und verdrallte Öl/Zer­ stäubergasstrom mit Verbrennungsluft beaufschlagbar ist.

Im Betrieb derartiger Ölbrenner können Ruß- und/oder Koks­ ablagerungen nicht ausgeschlossen werden, durch die der Betrieb einer Feuerungsanlage bzw. eines Ofens empfindlichen Störungen unterworfen ist. So können hierdurch die Flammen­ ausbreitung und damit die Wärmeübertragungseigenschaften des Ölbrenners in unerwünschter Weise beeinflußt werden, kann es zu einer lokalen Überhitzung einzelner Bauteile des Ölbrenners kommen, wobei insbesondere das Flammrohr und die Brennkammer bzw. der Brennerstein zu nennen sind, können die Zündfähigkeit und die Flammüberwachung beein­ trächtigt werden, kann eine Verschmutzung des zu erwärmen­ den Gutes in einer direkt befeuerten Ofen-, Trocknungs- oder Wärmebehandlungsanlage auftreten oder kann es zu Ver­ stopfungen der Züge einer Kesselanlage kommen.

Dies gilt insbesondere hinsichtlich Hochgeschwindigkeits­ brennern mit einer am Austritt querschnittsreduzierten Brennkammer, in der sich besonders schnell, oft schon nach kurzer Betriebsdauer, Ruß- und/oder Koksablagerungen ansam­ meln.

Auch an Flachflammenbrennern können derartige Ruß- und/oder Koksablagerungen zu erheblichen Beeinträchtigungen führen, da bei solchen Flachflammenbrennern die Flammentemperatur durch Abgasrückführung soweit abgekühlt sein kann, daß ein Nachverbrennen auftretender Feststoffpartikel nicht mehr erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner zu schaffen, dessen Flamme frei von unverbrannten Kohlen­ stoffpartikeln ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Ölbrenner gelöst, in dessen Zerstäubergasdüse Gasabstrahlkanäle ausgebildet sind, die in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungs­ richtung des aus der Öldüse austretenden Ölstrahls angeord­ net sind und deren Längsachsen einen Abstand zur Hauptströ­ mungs- bzw. Mittelachse des Ölstrahls aufweisen, und bei dem die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahl­ kanäle das 0,5- bis 0,9fache der engsten Strömungsquer­ schnittfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse beträgt. Bei einem derartigen Ölbrenner wird das zu verbrennende Öl durch ein verdichtetes Zerstäubergas feinstzerstäubt und dabei partiell verdampft, so daß die Flamme des Brenners von ihrer Wurzel an wie eine Gasflamme blau-violett ge­ färbt ist. Eine derartige Flamme ist frei von unverbrannten Kohlenstoffpartikeln, sie ist sauber, d. h. sie verursacht weder Ruß- noch Koksablagerungen am Ölbrenner oder im Feuerungsraum, noch trägt sie derartige Kohlenstoffpartikel in die Umgebung. Durch die Düsengestaltung des erfindungs­ gemäßen Ölbrenners wird das Öl zunächst vorzerstäubt und dann von einem axial rotierenden Zerstäubergasstrom feiner zerteilt und in eine vornehmlich radiale Abströmrichtung umgelenkt, wobei der Öffnungswinkel der Abströmung zwischen 90 und 180 Grad beträgt. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ölbrennern, bei denen normalerweise der Öffnungswinkel unter 90 Grad liegt, ergibt sich im Falle des erfindungsgemäßen Ölbrenners ein beträchtlich vergrößerter Öffnungswinkel. Hierdurch wird der Öl/Zerstäubergasstrom auf einen größeren Abströmquerschnitt auseinandergezogen, während im Bereich der Hauptströmungs- bzw. Mittelachse des aus der Öldüse abgestrahlten Ölstrahls stromab vor dem Düsen­ bereich des Ölbrenners eine Zone statischen Unterdrucks ent­ steht, in die stromauf in Richtung zum Düsenbereich des Öl­ brenners Gas aus der Umgebung zurückgeführt wird. Ist dieses rückgeführte Gas bereits als Verbrennungsprodukt erhitzt, überträgt es einen Teil seiner fühlbaren Wärme auf den ab­ strömenden Öl/Zerstäubergasstrom, wodurch die Öltröpfchen verdampfen und nach Mischung des Öl/Zerstäubergasstroms mit dem Verbrennungsluftstrom, der etwa 95% der zur stöchiome­ trischen Verbrennung erforderlichen Luftmenge enthält, ruß­ frei verbrennen. Die Verdampfung der Öltropfen ist bei dem vorstehend geschilderten Effekt so intensiv, daß durch unterstöchiometrische Teilverbrennung ein reduzierendes Schutzgas rußfrei erzeugt werden kann. Soweit sich der Öff­ nungswinkel des abströmenden Öl/Zerstäubergasstroms bei veränderlichem Mengendurchsatz nicht ändert, erfolgt die Verbrennung ruß- und auch rauchfrei mit gleichbleibend blauer Flamme in weiten Grenzen unabhängig von der Leistung.

Als besonders vorteilhaft für den zweckmäßigen Betrieb des erfindungsgemäßen Ölbrenners hat sich ein solches Ausführungs­ beispiel herausgestellt, bei dem die Summe der Austritts­ flächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle ca. das 0,7fache der engsten Strömungsquerschnittfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse beträgt.

Eine intensivere Drallbeaufschlagung des Öl/Zerstäubergas­ stroms läßt sich erreichen, wenn der Ölstrahl bereits in der Öldüse mit einem Drall beaufschlagt wird.

Sofern der erfindungsgemäße Ölbrenner als Flachflammen­ brenner ausgelegt sein soll, ist es dann vorteilhaft, wenn der in der Öldüse bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist.

Dahingegen werden ein feinerer Ölnebel und ein kompakterer Ausbrand erzielt, wenn der in der Öldüse bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuber- bzw. Zerstäubergas­ düse bewirkten Drall ist.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, im Brennerrohr eine Drallscheibe anzuordnen, mittels der auch der zuge­ führte Verbrennungsluftstrom mit einem Drall beaufschlag­ bar ist.

Hierbei gilt ebenfalls, daß der Ölbrenner insbesondere als Flachflammenbrenner vorteilhaft eingesetzt werden kann, wenn der mittels der Drallscheibe bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist. Bei einem derartigen Flachflammenbrenner sollten dann sowohl der Öl­ strahl als auch die Zerstäubergas strahlen als auch der Ver­ brennungsluftstrom gleichsinnig mit einem Drall beaufschlagt werden.

Wenn der Betrieb des erfindungsgemäßen Ölbrenners in einem weiten Leistungsbereich stetig variiert werden soll, sollte der mittels der Drallscheibe bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall sein, der wie­ derum ggf. gegensinnig zu dem den Ölstrahl in der Öldüse beaufschlagenden Drall sein sollte.

Die Zusammenführung des Öl/Zerstäubergasstroms mit dem Ver­ brennungsluftstrom läßt sich verbessern, wenn stromab der Drallscheibe und stromauf eines Mischabschnitts, in dem der Verbrennungsluftstrom auf den Öl/Zerstäubergasstrom trifft, eine die Zerstäuberdüse koaxial umgebende Trenn­ scheibe angeordnet ist, mittels der der für den Verbren­ nungsluftstrom zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt reduziert ist.

Insbesondere für die Verwendung als Flachflammenbrenner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn in der Zerstäuber­ düse stromauf derer engsten Strömungsquerschnittfläche eine Vorverwirbelungskammer ausgebildet ist.

Der Durchmesser des Düsenraums der Zerstäuberdüse kann sich stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche linear oder progressiv vergrößern. Je nach Einsatzart des erfin­ dungsgemäßen Ölbrenners kann eine lineare oder aber eine progressive Vergrößerung des Durchmessers des Düsenraums zweckmäßig sein.

Zwecks Erleichterung des Ersatzes bzw. des Austausches kann die Zerstäuberdüse vorteilhaft als separates Bauteil ausge­ bildet und mittels der Öldüse unter Federspannung gegen einen für sie an einem Brennerkopf des Ölbrenners vorgesehenen Sitz anpreßbar sein.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsfor­ men unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Öl­ brenners;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Zerstäuber­ düse des erfindungsgemäßen Ölbrenners gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Zer­ stäuberdüse des Ölbrenners gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer Zerstäuberdüse einer zweiten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Ölbrenners;

Fig. 5 ein Betriebsdiagramm der Zerstäuberdüse gemäß den Fig. 2 und 3;

Fig. 6 ein Betriebsdiagramm der Zerstäuberdüse gemäß Fig. 4.

In einem in Fig. 1 dargestellten Ölbrenner 1 wird Öl aus einer Öldüse 2 abgestrahlt und in einer Zerstäuberdüse 3 mit einem Zerstäubergas gemischt und von Zerstäubergas­ strahlen verdrallt, bevor der gemischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom 4 mit einem Verbrennungsluftstrom 5 zu­ sammengeführt wird.

Die Öldüse 2 wird über eine Ölzufuhrleitung 6, in der nicht dargestellte Ventile vorgesehen sind und die an eine ebenfalls nicht dargestellte Ölpumpe angeschlossen ist, mit einem ein­ stellbaren Ölstrom 7 versorgt. Die Öldüse 2 dient zur Do­ sierung eines Ölstrahls 8 und ist darüber hinaus in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß der sie verlassende Öl­ strahl 8 mit einem um seine Hauptströmungsachse 9 herumge­ richteten Drall beaufschlagt ist.

In Strömungsrichtung des Ölstrahls 8 ist hinter der Öldüse 2 die Zerstäuberdüse 3 angeordnet. Die Zerstäuberdüse 3 bildet einen sich trompetenartig erweiternden Düsenraum 10 aus, in den der verdrallte Ölstrahl 8 eingestrahlt wird. Nahe dem öldüsenseitigen Ende des sich trompetenartig er­ weiternden Düsenraums 10 sind etwa in Radialrichtung der Zerstäuberdüse 3 verlaufende Gasabstrahlkanäle 11 ausgebildet. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Gasab­ strahlkanäle 11, von denen bei der dargestellten Ausführungs­ form sechs vorgesehen sind, im gleichen Umfangsabstand zu­ einander um die Mittelachse des Düsenraums 10 bzw. die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8 herum angeordnet. Die Längsachsen 12 der Gasabstrahlkanäle 11 schneiden jedoch nicht die senkrecht zu ihnen verlaufende Mittelachse bzw. Hauptströmungsachse 9, sondern sind mit einem Abstand 13 parallel versetzt zu die Mittelachse bzw. die Hauptströ­ mungsachse 9 schneidenden Radien angeordnet.

Die Zerstäuberdüse 3 ist über eine im Ölbrennerbereich ko­ axial zur Ölzufuhrleitung 6 verlaufende Gaszuleitung 14 an eine im einzelnen nicht dargestellte Druckgasquelle ange­ schlossen. Als Zerstäuber- bzw. Druckgas kann z. B. Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf dienen. Der Zerstäubergasstrom 15 wird in die Gasabstrahlkanäle 11 aufgeteilt, aus denen er mit hoher Geschwindigkeit quasi tangential bzw. sekan­ tial auf den Ölstrahl 8 trifft und diesen demgemäß mit einem Drall beaufschlagt, der dem ursprünglichen, durch die Öl­ düse 2 vorgegebenen Drall des Ölstrahls 8 entgegengesetzt ist. Hierdurch entsteht der gut durchmischte, den Düsen­ raum 10 der Zerstäuberdüse 3 durch dessen Austrittsfläche 16 etwa radial zur Mittelachse des Düsenraums 10 verlas­ sende Öl/Zerstäubergasstrom 4.

Die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der in der dar­ gestellten Ausführungsform sechs Gasabstrahlkanäle 11 be­ trägt ca. das 0,7fache der engsten Strömungsquerschnitt­ fläche 17 des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3.

Der im wesentlichen in Radialrichtung den Düsenraum 10 ver­ lassende Öl/Zerstäubergasstrom 4 wird dann mit dem Ver­ brennungsluftstrom 5, der durch ein im Ölbrennerbereich ko­ axial zur Gaszuleitung 14 angeordnetes Brennerrohr 18 von einer nicht dargestellten Luftquelle zugeführt wird, ver­ mischt. Vor seinem Zusammentreffen mit dem Öl/Zerstäuber­ gasstrom 4 durchläuft der Verbrennungsluftstrom 5 eine zwi­ schen der Gaszuleitung 14 und dem Brennerraum 18 sitzende, ringförmige und von Verdrallungskanälen 19 durchsetzte Drallscheibe 20, in der er mit einem Drall beaufschlagt wird, der dem des den Düsenraum 10 der Zerstäuberdüse 3 in Radialrichtung verlassenden Öl/Zerstäubergasstroms 4 entgegengesetzt ist. Vor seinem Eintritt in den vom über die Zerstäuberdüse 3 vorstehenden Abschnitt des Brenner­ rohres 18 in dessen radialen Außenbereichen gebildeten Mischabschnitt 21 wird der verdrallte Verbrennungsluft­ strom 5 von einer Trennscheibe 22, die den für den Ver­ brennungsluftstrom 5 verfügbaren Strömungsquerschnitt des Brennerrohres 18 auf einen vergleichsweise kleinen Außen­ ringquerschnitt verkleinert, gestaut. Im über die Zerstäuber­ düse 3 vorstehenden Teil des Brennerrohres 18 und in einem noch über das betreffende Ende des Brennerrohres 18 vor­ stehenden Teil eines Flammrohres 23 findet nun der Verbren­ nungsvorgang statt.

In dem beschriebenen Ölbrenner können sowohl leichtflüch­ tige als auch hochsiedende Öle in einem großen Leistungs­ bereich, auch bei Ofenraumtemperaturen <1300 Grad C, ver­ brannt werden. Das verdichtete Zerstäubergas, z. B. Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf, hat beim Austritt aus den engen, parallel versetzt zu Radien angeordneten, senkrecht zur Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8 verlaufenden Gasab­ strahlkanälen 11 eine hohe Geschwindigkeit. Diese Zerstäuber­ gasstrahlen umhüllen den aus der Öldüse 2 unter Druck austre­ tenden Ölstrahl 8 rotierend, durchsetzen und beschleunigen ihn, zerteilen die Öltröpfchen feiner durch Scherkräfte und verdrallen den entstehenden Ölnebel um die Hauptströmungs­ achse 9 des Ölstrahls 8. Infolge der durch den Drall ver­ ursachten Zentrifugalkräfte strömt der gemischte Öl/Zer­ stäubergasstrom 4 entlang der nach außen gekrümmten Hüll­ fläche des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3 und verläßt ihn in vornehmlich radialer Richtung, d. h., senkrecht zur Hauptströmungsachse 9 des aus der Öldüse 2 austretenden Öl­ strahls 8 unter Ausbildung eines achsnahen, rotationssym­ metrischen Raums 24 statischen Unterdrucks.

Der kreisringförmig radial nach außen durch den Raum 25 abströmende Öl/Zerstäubergasstrom 4 vermischt sich im ringförmig ausgebildeten Mischabschnitt 21 mit dem aus dem Ringraum 26 zuströmenden Verbrennungsluftstrom 5. Ein Teil hiervon wird unter Ausbildung eines Toroids als brennendes, hocherhitztes Gemisch in den achsnahen Raum 24 statischen Unterdrucks zurückgesaugt, wo es sich dem radial abströmen­ den Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Raum 25 beimengt, auf diesen einen Teil seiner fühlbaren Wärme überträgt und so zur Ver­ dampfung des Ölnebels beiträgt.

Sofern das den Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Raum 25 bildende Gemisch selbst zündfähig ist, tritt die Flammenfront bis in den sich in Stromabrichtung progressiv erweiternden Düsen­ raum 10 innerhalb der Zerstäuberdüse 3 zurück, wodurch das den Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Bereich der Hüllfläche des Düsenraums 10 bildende kompakte Gemisch hoch erhitzt wird. Durch die starke radiale Aufweitung des Öl/Zerstäubergas­ stroms 4 bis in den ringförmigen Mischabschnitt 21, wobei sich der Öl/Zerstäubergasstrom 4 aufgrund des COANDA-Effek­ tes an die äußere Düsenoberfläche 27 anschmiegt, und durch die infolge der Verbrennung eintretende thermische Expan­ sion des Gases ist eine Rekombination und Agglomeration von Öltröpfchen, die Anlaß zur Rußbildung geben könnten, unmög­ lich. Das Öl/Luftgemisch brennt in einem relativ kleinen Brennraumvolumen vollständig aus, unter Entwicklung hoher Temperaturen bis in die öldüsennahen Bereiche des Raums 24 statischen Unterdrucks bzw. des Düsenraums 10.

Der Ausbrand in einem kleinen Brennraumvolumen erlaubt den Einsatz des vor stehend beschriebenen Ölbrenners 1 für Hoch­ geschwindigkeitsbrenner und besonders für Flachflammenbrenner, für die bislang vornehmlich Gasbrenner verwendet werden, in solchen Ofenanlagen, bei denen aus verfahrenstechnischen Gründen die Flammenführung entlang der inneren Ofenwand oder Ofendecke erfolgt.

Die für die radiale Abströmung des Öl/Zerstäubergasstroms 4 geeignete Düsengestaltung des vorstehend beschriebenen Öl­ brenners genügt den folgenden Kriterien:

• - starker Drall des Zerstäubergases bzw. der Primär­ luft um die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8,
• - Möglichkeit zur freien Expansion der Zerstäubergas­ strahlen, soweit ihr Druck nicht vollständig in Ge­ schwindigkeit umgesetzt ist,
• - die Ausströmungsgeschwindigkeit des Öl/Zerstäubergas­ stroms 4 aus der Zerstäuberdüse 3 ist größer als die Zündgeschwindigkeit,
• - die Berührungsfläche zwischen dem Öl/Zerstäubergas­ strom 4 und der inneren Hüllfläche des Düsenraums 10 ist möglichst klein,
• - ein feinerer Ölnebel und ein kompakterer Ausbrand wer­ den erzielt, da die Drallrichtung des Ölstrahls 8 ge­ gensinnig zur Drallrichtung des Zerstäubergases ist.

In den Fig. 2 und 3 ist detailliert die Düsengestaltung des in Fig. 1 dargestellten Ölbrenners 1 gezeigt. Die Sum­ me der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle 11 ist kleiner als die engste Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3. Da sich der Strömungsquerschnitt des Düsenraums 10 stromab vergrößert, wirkt ein evtl. noch vorhandener Restdruck der Zerstäuber­ gasstrahlen beim Verlassen der Gasabstrahlkanäle 11 drall­ verstärkend. Dadurch liegt der Öl/Zerstäubergasstrom 4 an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 sicher an und ver­ läßt den Düsenraum 10 unter einem Öffnungswinkel, der durch den Winkel Beta der Ausströmtangente 28 vorgegeben ist. Die­ ser Winkel Beta ist bei dieser Düsengestaltung in einem großen Bereich der Durchsatz- und der Gasdruckvariation weitgehend gleichbleibend. In Fig. 5 ist die Abhängigkeit des Öffnungswinkels Alpha vom Vordruck des eintretenden Zerstäubergases dargestellt. Sieht man von dem Bereich <0,2 bar ab, ist der Öffnungswinkel Alpha des abströmenden Öl/Zerstäubergasstroms 4 gleichbleibend bei zunehmendem Druck, bestimmt durch den Auslaufwinkel der Hüllfläche des Düsen­ raums 10 bzw. den Winkel Beta der Ausströmtangente 28. Das stromab der Zerstäuberdüse 3 verlaufende Strömungsprofil wird mit wachsendem Vordruck des Zerstäubergases konturen­ schärfer, die Einzelstrahlen des zuströmenden Zerstäuber­ gases beginnen sich abzuzeichnen, die Hohlkalotte vor dem Mund der Zerstäuberdüse 3 wird ausgeprägter.

Demgegenüber zeigt eine Zerstäuberdüse 3 mit dem in Fig. 4 dargestellten Querschnitt ein unterschiedliches Verhalten bei verschiedenen Vordrücken des Zerstäubergases. Bei die­ ser Zerstäuberdüse 3 münden die Gasabstrahlkanäle 11 in eine Vorverwirbelungskammer 29, deren Austrittsfläche die engste Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 bildet, der sich stromab stetig linear erweitert. Der abströmende Öl/Zerstäubergasstrom 4 liegt bei niedrigen Vordrücken des Zer­ stäubergases stets an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 an und verläßt die Zerstäuberdüse 3 mit einem Öffnungs­ winkel, der demjenigen der Zerstäuberdüse 3 gleich ist.

Mit zunehmendem Vordruck des Zerstäubergases kann die Strö­ mung des Gemisches in eine rein radiale Strömung mit einem Öffnungswinkel <180 Grad umschlagen, die bei weiter wachsendem Vordruck des Zerstäubergases ihre Kontur solange nicht verändert, bis sie ab einem bestimmten Vordruck des Zerstäubergases in eine axial gerichtete Strömung umschlägt, wobei der sich einstellende Öffnungswinkel mit weiter zu­ nehmendem Vordruck des Zerstäubergases kleiner wird. Wird dann der Vordruck des Zerstäubergases verkleinert, schlägt die Strömung wieder in eine radial gerichtete Strömung um, jedoch bei wesentlich niedrigerem Vordruck des Zerstäuber­ gases als beim Umschlag von radialer Strömung in axiale Strömung. Diese Hysterese ist im Diagramm gemäß Fig. 6 für zwei verschiedene Zerstäuberdüsen 3 dargestellt. Der Um­ schlagpunkt von radial in axial wird beeinflußt vom Gegen- oder Gleichsinn der Drallrichtung des Öls und des Zerstäuber­ gases, nicht jedoch der Umschlagspunkt von axialer in ra­ diale Strömung.

Maßgeblich für das Anliegen des Öl/Zerstäubergasstroms 4 an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 oder gar das Umschlagen zu noch größeren Öffnungswinkeln ist das Verhält­ nis zwischen der Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle 11 und der engsten Strömungsquerschnitt­ fläche 17 des Düsenraums 10. Ist dieses Verhältnis 0,6 bis 0,8, ist eine stabile radiale Abströmung des Öl/Zerstäubergas­ stroms 4 in einem großen Variationsbereich des Vordrucks des Zerstäubergases zu erwarten. Ist das Verhältnis nahezu 1 oder gar größer als 1, löst sich die Abströmung schon bei geringen Vordrucken des Zerstäubergases von der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 ab. Ist das Verhältnis <0,5, ist ebenfalls keine stabile radiale Abströmung zu erwarten, weil dann der Einfluß des Ölstrahls aus der Öldüse 2 auf die Strömungskontur des Öl/Zerstäubergasstroms 4 abnimmt. Denn der Ölstrahl 8 weitet den Strahl des Öl/Zerstäubergasstroms 4 auf. Bei zu großer engster Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 ist der Mischvorgang zwischen Ölstrahl 8 und Zerstäubergas beeinträchtigt. Impulsaustausch und Übertragung von Scherkräften sind dann reduziert. Um dann noch ein zu­ mindest teilweise blau-violettes Flammenbild zu erzeugen, ist die Einspeisung größerer Zerstäubergasmengen erforderlich.

Dies gilt besonders dann, wenn die Drallrichtung von Öl und Zerstäubergas gleich ist. Dann können die Zerstäubergas­ strahlen den Ölstrahl 8 einhüllen und komprimieren, ohne ihn zu durchdringen. Intensive Koksbildung und -ablagerung im Raum vor der Zerstäuberdüse 3 sind dann die beobachtete Folge.

Welche Zerstäuberdüse 3 mit welchem Öffnungswinkel für einen optimalen Betrieb des Ölbrenners 1 gewählt werden sollte, ob die gemäß Fig. 3 oder die gemäß Fig. 4, hängt von der Art des Brennstoffs, vom Vordruck des verfügbaren Zerstäuber­ gases, von der Geometrie der Brennkammer und von der ge­ wünschten Flammenform ab.

Eine Zerstäuberdüse 3 gemäß Fig. 4 mit radialer Abströmung ist besonders für den Einsatz in Flachflammenbrennern ge­ eignet. Sie liefert vollständigen Ausbrand auf kleinstmög­ lichem Raum. Die Flammenform ist dann optimal, wenn der Öl­ strahl 8, die Zerstäubergasstrahlen und der Verbrennungs­ luftstrom 5 gleichsinnig verdrallt sind.

Eine Zerstäuberdüse 3 gemäß Fig. 3 ist dann optimal, wenn der Ölstrahl 8, die Zerstäubergasstrahlen und der Verbren­ nungsluftstrom 5 in einem weiten Leistungsbereich stetig variiert werden sollen.

Claims (13)

1. Ölbrenner mit einer Öldüse (2), die mittels einer Öl­ zufuhrleitung (6) mit Öl versorgbar und aus der ein Ölstrahl (8) abstrahlbar ist, einer Zerstäuberdüse (3), die stromab der Öldüse (2) angeordnet und mittels einer Gaszuleitung (14) mit verdichtetem Zerstäubergas versorgbar ist und in der ein sich in Öffnungsrichtung erweiternder Düsenraum (10) ausge­ bildet ist, in dem der Ölstrahl (8) und das Zerstäubergas durchmischbar und der entstehende Öl/Zerstäubergasstrom (4) mit einem Drall beaufschlagbar sind, und einem Brennerrohr (18), das die Öldüse (2) und die Zerstäuberdüse (3) koaxial umgibt, das mit seinem stromabwärtigen Endabschnitt über die Austrittsfläche (16) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) vorsteht und durch das der aus der Zerstäuberdüse (3) austretende durchmischte und verdrallte Öl/Zerstäubergas­ strom mit einem Verbrennungsluftstrom (5) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet daß in der Zerstäuberdüse (3) Gas­ abstrahlkanäle (11) ausgebildet sind, die in unterschiedli­ chen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des aus der Öldüse (2) austretenden Ölstrahls (8) angeordnet sind und deren Längsachsen (12) einen Abstand (13) zur Hauptströ­ mungs- bzw. Mittelachse (9) des Ölstrahls (8) aufweisen, und daß die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasab­ strahlkanäle (11) das 0,5- bis 0,9fache der engsten Strö­ mungsquerschnittfläche (17) des Düsenraums (10) der Zer­ stäuberdüse (3) beträgt.

2. Ölbrenner nach Anspruch 1, bei dem die Summe der Aus­ trittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle (11) ca. das 0,7fache der engsten Strömungsquerschnittfläche (17) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) beträgt.

3. Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ölstrahl (8) in der Öldüse (2) mit einem Drall beaufschlagt wird.

4. Ölbrenner nach Anspruch 3, bei dem der in der Öldüse (2) bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

5. Ölbrenner nach Anspruch 3, bei dem der in der Öldüse (2) bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

6. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Brennerrohr (18) eine Drallscheibe (20) angeordnet ist, mit­ tels der der zugeführte Verbrennungsluftstrom (5) mit einem Drall beaufschlagbar ist.

7. Ölbrenner nach Anspruch 6, bei dem der mittels der Drall­ scheibe (20) bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zer­ stäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

8. Ölbrenner nach Anspruch 6, bei dem der mittels der Drall­ scheibe (20) bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zer­ stäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

9. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem strom­ ab der Drallscheibe (20) und stromauf eines Mischabschnitts (21), in dem der Verbrennungsluftstrom (5) auf den Öl/Zer­ stäubergasstrom (4) trifft, eine die Zerstäuberdüse (3) ko­ axial umgebende Trennscheibe (22) angeordnet ist, mittels der der für den Verbrennungsluftstrom (4) zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt reduziert ist.

10. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in der Zerstäuberdüse (3) stromauf derer engsten Strömungsquer­ schnittfläche (17) eine Vorverwirbelungskammer (29) ausge­ bildet ist.

11. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem sich der Durchmesser des Düsenraums (10) der Zerstäuber­ düse (3) stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche (17) linear vergrößert.

12. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem sich der Durchmesser des Düsenraums (10) der Zerstäuber­ düse (3) stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche (17) progressiv vergrößert.

13. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Zerstäuberdüse (3) als separates Bauteil ausgebildet und mittels der Öldüse (2) unter Federspannung gegen einen für sie an einem Brennerkopf des Ölbrenners (1) vorge­ sehenen Sitz anpreßbar ist.