EP0205991A2 - Ölbrenner - Google Patents

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EP0205991A2
EP0205991A2 EP86107393A EP86107393A EP0205991A2 EP 0205991 A2 EP0205991 A2 EP 0205991A2 EP 86107393 A EP86107393 A EP 86107393A EP 86107393 A EP86107393 A EP 86107393A EP 0205991 A2 EP0205991 A2 EP 0205991A2
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EP
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burner
ceramic filter
jacket
oil
oil burner
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Rolf Tschudin-Mahrer
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/404—Flame tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/06—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes

Definitions

  • the invention relates to an oil burner with a burner nozzle directed into a flame space.
  • the object of the invention is to reduce the exhaust emission with structurally simple means and to increase the firing efficiency of the corresponding firing system.
  • the ceramic filter jacket which practically surrounds the flame like a mantle, brings about a significant reduction in exhaust emissions due to heat concentration. The better combustion also leads to the desired energy savings.
  • the jacket acts as a thermal insulator. Due to the distribution of the flame inside the ceramic filter, there is also a significant reduction in noise.
  • Significant improvements were achieved in particular with thermo-insulators with corresponding porosity and frontal opening: nitrogen oxide emissions were reduced by 10 ppm, in some cases up to 20 ppm. With a suitably open-pore, but externally closed thermal insulator, a considerable reduction in the starting soot impact can even be observed.
  • the ceramic filter jacket is frustoconical and that the conical frustum surface, which is smaller in cross section than the burner nozzle, has an opening with a smaller cross section than the burner mixing tube.
  • the diameter of the opening varies depending on the burner output.
  • the larger truncated cone surface is dimensioned so that the ceramic filter can be attached to the mixing tube. This is usually based on standardized dimensions, which has the advantage that combustion plants can even be retrofitted without much effort.
  • the front wall 1 of the boiler of an oil firing system carries an oil burner 2. Part of the same is a mixing tube 3 which is held cylindrically over the major portion of its length.
  • the mixing tube 3, supported by four radial webs 4, contains a central, replaceable burner nozzle 5.
  • the latter connects a so-called oil preheater 6.
  • An ignition electrode 7 is located in the space between the radial webs 4.
  • a swirl disk 8 is located in a transverse plane to the horizontally oriented longitudinal central axis x-x of the oil burner 2.
  • This opening usually has four radially aligned slots with the same angular distribution. One edge part of the slots is notched to form a guide plate 8 'in such a way that the air flow which is pushed through in the direction of flame y is swirled. The air flow generator pushing this air flow through the mixing tube is no longer shown.
  • the swirl disk 8 continues in the flame direction into a pot wall 9, the edge of which is flush with the end edge 3 'of the end of the mixing tube 3 which tapers in the shape of a truncated cone in this area.
  • a ceramic filter mat KF is attached to the mixing tube 3 and extends in the flame direction.
  • the latter encloses the flame space 10 located in front of the burner nozzle 3.
  • the ceramic filter jacket KF is frustoconical.
  • the taper is in the flame direction y.
  • the frustoconical surface 11 with a smaller cross section has an opening 12. The latter extends in the center of the longitudinal central axis x-x.
  • the diameter of the opening 12 is chosen to be smaller than that of the burner mixing tube 3. This leads to a kind of traffic jam situation and an associated optimization of the more intensive combustion.
  • the larger truncated cone surface 13 also has a central opening 14. Their diameter corresponds to the outside diameter of the cylindrical mixing tube 3, so that the ceramic filter jacket KF can be conveniently pushed or plugged onto the jacket surface of the mixing tube using the conicity at the free end of the mixing tube.
  • a retaining flange can be molded onto the Kerami k filter jacket.
  • the porosity of the ceramic filter enables the preheated gas / air mixture to re-enter from the external flame area 15 of the boiler in the region of the larger truncated cone surface 13 designed as a rear wall.
  • a corresponding recirculation can also be used for the truncated cone surface.
  • This mold core is cast around (covered), then the molded part is dried. During the subsequent firing, the foam evaporates and the jacket remains as a sufficiently firm, porous ceramic body.
  • its outer surface can also be included.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ölbrenner mit Brennerdüse und schlägt zur Optimierung der Verbrennungswerte vor, daß der vor der Brennerdüse (5) liegende Flammraum (10) umfaßt ist von einem Mantel (KF) aus porösem Keramikfiltermaterial.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ölbrenner mit in einen Flammenraum gerichteter Brennerdüse.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, mit baulich einfachen Mitteln die Abgasemision zu verringern und den feuerungstechnischen Wirkungsgrad entsprechender Feuerungsanlage zu erhöhen.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung.
  • Die Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ölbrenners.
  • Der praktisch wie ein Glühstrumpf die Flamme umgebende Keramikfiltermantel bringt durch Hitzekonzentration eine deutliche Verringerung der Abgasemision. Die bessere Verbrennung führt überdies zu der angestrebten Ernergieeinsparung. Im glühstrumpfartigen Filtermantel findet eine starke Temperaturerhöhung statt mit einem entpsrechenden Nachbrennereffekt. Der Mantel wirkt als Thermoisolator. Zufolge der Verteilung der Flamme im Inneren des Keramikfilters ergibt sich zudem eine deutlich Lärmminderung. Insbesondere mit Thermoisolatoren entsprechender Porosität und stirnendiger Öffnung wurden erhebliche Verbesserungen erzielt: Die Stickoxidemissionen konnten um 10 ppm, vereinzelt bis zu 20 ppm gemindert werden. Mit entsprechend offenporigem, dabei aber außen geschlossenem Thermoisolator läßt sich sogar eine erhebliche Minderung des Anfahrrußstoßes beobachten. Die Stationärwerte von HC und CO können selbst bei schlechtem Brenner älterer Bauart erheblich verbessert werden. Es wurde gefunden, daß die in den ersten zwei Minuten nach dem Start durch die Auskühlung der Flamme am noch kalten Thermoisolator verschlechterte CO-Emission aufgewogen ist durch den späteren Betrieb. Wird die Wärmekapazität des Mantels durch aus der speziellen Herstellung resultierende Masse so gering gehalten, so kann die Startverschlechterung begrenzt und bei schlechten Brennern durch Vorteile im Stationärbetrieb z.T. mehr als wettgemacht werden. Die Anordnung des Thermoisolators behindert die Strömung der Flamme und des Abgases nicht; es ist lediglich auf allseits ausreichende Strömungsquerschnitte zu achten. Weiter erweist es sich für manche Brenner/Flammenformen als vorteilhaft, daß der Keramikfiltermantel kegelstumpfförmig gestaltet ist und die der Brennerdüse gegenüberliegende, querschnittskleinere Kegelstumpffläche eine Öffnung aufweist mit gegenüber dem Brennermischrohr kleinerem Querschnitt. Je nach Brennerleistung varriert der Durchmesser der Öffnung. Die größere Kegelstumpffläche ist so bemessen, daß der Keramikfilter auf das Mischrohr aufgesteckt werden kann. Hier liegen in der Regel genormte Maße zugrunde, was den Vorteil hat, daß Feuerungsanlagen sogar ohne größeren Aufwand nachgerüstet werden können.
  • Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines zeichnerisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen zur freien Sicht des Keramikfilters aufgebrochenen Kessel einer Ölbrenner-Feuerungsanlage und
    • Fig. 2 den Brenner mit zugeordnetem Keramikfilter im Horizontalschnitt .
  • Die Frontwand 1 des Kessels einer Ölfeuerungsanlage trägt einen Ölbrenner 2. Bestandteil desselben ist ein auf dem überwiegenden Abschnitt seiner Länge zylindrisch gehaltenes Mischrohr 3.
  • Das Mischrohr 3 enthält, über vier Radialstege 4 abgestützt, eine zentralliegende, austauschbare Brennerdüse 5. Letztere schließt an einen sogenannten Ölvorwärmer 6 an.
  • Im Zwischenraum zwischen den Radialstegen 4 befindet sich eine Zündelektrode 7.
  • Kurz vor der Brennerdüsen-Öffnung liegt in einer Querebene zur horizontal ausgerichteten Längsmittelachse x-x des Ölbrenners 2 eine Drallscheibe 8. Diese ist mit den sich verjüngenden, in Flammrichtung y weisenden Köpfen der Radialstege 4 fest verbunden.
  • Ihr Zentrum ist in einer Breite durchbrochen, welche etwa dem Durchmesser der Brennerdüse 5 entspricht. Von dieser Durchbrechung gehen in gleicher Winkelverteilung meist vier radial ausgerichtete Schlitze aus. Die eine Randpartie der Schlitze ist zu einem Leitblech 8' ausgeklinkt, derart, daß ein Verwirbeln des in Flammrichtung y durchgedrückten Luftstromes erfolgt. Der diesen Luftstrom durch das Mischrohr hindurchdrückende Luftstromerzeuger ist nicht mehr dargestellt.
  • Die Drallscheibe 8 setzt sich in Flammrichtung in eine Topfwand 9 fort, deren Rand ebenengleich mit dem Stirnrand 3' des in diesem Bereich kegelstupmfförmig verjüngten Endes des Mischrohrer 3 abschließt.
  • Auf das Mischrohr 3 ist in Flammrichtung sich erstreckend ein Keramikfiltermatel KF aufgesteckt. Letzterer umschließt den vor der Brennerdüse 3 liegenden Flammraum 10. Es liegt bezüglich dieses Keramikfiltermantels eine höhe Porösität vor. Durch Pyrolyse wird die Emission der Abgase verringert und eine intensive Verbrennung erreicht.
  • Der Keramikfiltermantel KF ist kegelstumpfförmig gestaltet. Die Verjüngung liegt in Flammrichtung y. Die querschnittskleinere Kegelstumpffläche 11 besitzt eine Öffnung 12. Letztere erstreckt sich im Zentrum der Längsmittelachse x-x. Der Durchmesser der Öffnung 12 ist gegenüber dem des Brennermischrohres 3 kleiner gewählt. Dies führt zu einer Art Stausituation und einer damit verbundenen Optimierung der intensiveren Verbrennung.
  • Die größere Kegelstumpffläche 13 weist ebenfalls eine zentrale Öffnung 14 auf. Deren Durchmesser entspricht dem Außendruchmesser des zylindrischen Mischrohres 3, so daß der Keramikfiltermantel KF unter Nutzung der Konizität am freien Ende des Mischrohres bequem auf die Mantelfläche desselben aufgeschoben bzw. gesteckt werden kann. Ein Halteflansch kann dem Keramikfiltermantel mit angeformt sein.
  • Die Porosität des Keramikfilters ermöglicht im Bereich der als Rückwand gestalteten, größeren Kegelstumpffläche 13 den Wiedereintritt des vorgewärmten Gas/Luftgemisches aus dem externen Flammraumbereichs 15 des Kessels. Eine entsprechende Rezirkulation kann auch für die Kegelstumpf-Mantelfläche genutzt werden. pe
  • Hergestellt ist der Mantel mit Hilfe eines offenzelligen Schaumstoffrohlings als Formkern. Dessen Struktur ist, so daß der Grad der Porosität des Mantels zwischen pp 10-50 liegt (pp= Anzahl der Poren pro inch). Dieser Formkern wird in der Masse umgossen (umkleidet), anschließend das Formteil getrocknet. Beim daran anschliessenden Brennen verdampft der Schaumstoff und es bleibt der Mantel als genügend fester, poröser Keramik-Körper. Unter anderem zur Stabilisierung kann seine Mantelfläche auch noch umfaßt sein.
  • Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Claims (6)

1. Ölbrenner mit in einem Flammraum gerichteter Brennerdüse, dadurch gekennzeichnet, daß der vor der Brennerdüse (5) liegende Flammraum (10) umfaßt ist von einem Mantel (KF) ausporösem Keramikfiltermaterial.
2. ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Brennerdüse (5) gegenüberliegende Stirnende (12) des Keramikfiltermantels (KF) offen ist.
3. Ölbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Graad der Porosität bei pp 10-50 liegt.
4. Ölbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kermaikfiltermantel (KF) kegelstumpfförmig ist und die der Brennerdüse (5) gegenüberliegende, querschnittskleinere Kegelstumpffläche (11) eine Öffnung (12) aufweist mit gegenüber dem Brennermischrohr (3) kleinerem Querschnitt.
5. Ölbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Kegelstumpffläche (13) eine Öffnung (14) besitzt, welche auf das Brennermischrohr (3) gesteckt ist.
6. Keramikfiltermantel für ölbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Umgiessen und anschliessendes Brennen eines offenzelliges Schaumstoffrohlings mit Keramik-Masse erzeugt ist.
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