EP0430011B1 - Burner for the combustion of liquid or gaseous fuels - Google Patents
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- EP0430011B1 EP0430011B1 EP90122073A EP90122073A EP0430011B1 EP 0430011 B1 EP0430011 B1 EP 0430011B1 EP 90122073 A EP90122073 A EP 90122073A EP 90122073 A EP90122073 A EP 90122073A EP 0430011 B1 EP0430011 B1 EP 0430011B1
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Definitions
- the object of the invention is therefore to design a burner of the type mentioned in such a way that an optimal combustion of the air-fuel mixture, which is to be formed with little energy through the controlled introduction of a large amount of exhaust gas into the supplied combustion air, above all even in the start-up phase in the combustion chamber and that the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gases can thus be reduced to a considerable extent during the entire operating time of the burner.
- the burner which should also be easy to adjust and regulate to the respective circumstances, should work extremely quietly and the flame should always be stable and burn out blue at a low temperature level. The construction effort required for this should be kept low, and burners should also be able to be retrofitted in order to improve the combustion in existing plants and thus to ensure a nitrogen oxide reduction.
- the mixing element can be adjusted in the axial direction of the oil nozzle relative to the oil nozzle or the filler and / or the diaphragm.
- the filler can also be arranged axially displaceable.
- the channels or recesses of the burner tube which can flow through the exhaust gases and connect the boiler chamber to the mixing chamber should have a cross-sectional area which corresponds to approximately 0.8 to 2 times the free cross-sectional area of the orifice, and the burner tube and / or the mixing element should be opposite the aperture can be arranged adjustable.
- the mixing section of the mixing chamber has an axial length which corresponds approximately to 0.5 to 10 times the hydraulic diameter of the mixing chamber and the oil nozzle is arranged at an axial distance from the end of the burner tube, which is at least the 1st , 6 times the diameter of the burner tube.
- the mixing chamber can be provided with a conical widening in the area of the oil nozzle or the filler piece.
- a cooling duct enclosing the diaphragm and the oil nozzle can be provided, which can be connected to the combustion air line.
- the burner tube can also be provided in the flow direction behind the orifice with a recess communicating with the channel for supplying agbases, for example in the form of holes and / or slots, for connecting the boiler space to the mixing chamber.
- one or more connecting channels should be provided in the burner tube in this configuration in the burner tube, the connecting channels passing through the orifice and the exhaust gas supply channel enclosed by these, the connecting channels being at a radial distance from the
- the longitudinal axis of the burner tube should preferably be uniformly distributed over the circumference and should be formed by pipes inserted into the diaphragm and the mixing element.
- the air / gas mixture supply ducts for example through a disc which is mounted in the diaphragm and can be rotated to a limited extent, by axially displaceable Pins or the like are fully or partially closable.
- a large amount of exhaust gas can be controlled in a controlled manner before the combustion air flows into the combustion chamber, so that a blue-burning soot-free flame with an extremely low proportion of nitrogen oxides in the exhaust gases can be achieved; and due to the injector effect, which is caused by the combustion air flowing through the mixing chamber at high speed, the exhaust gas is sucked into the latter and intensively mixed with the combustion air accelerated by the orifice, an almost stoichiometric combustion of the This ensures fuel that is ejected from the oil nozzle or that is supplied by means of one or more gas nozzles or gas inserts at a low temperature level, since the burner flame is cooled by the exhaust gas.
- the flame formation in the combustion chamber is not impaired by internals.
- the construction cost, by means of which such an optimal combustion is made possible, is very low, since a mixing chamber can only be formed with the help of the mixing element and a corresponding arrangement of the oil nozzle or the filler piece, which is to be connected upstream of the combustion chamber.
- the length of the mixing section of the mixing chamber, the amounts of the combustion air to be supplied as well as the exhaust gas, as well as the flow velocities, are easily adaptable to different circumstances, so that the burner designed according to the proposal not only has a high efficiency, but can also be regulated without difficulty and always an optimal design is to be achieved.
- the oil burner shown in FIG. 1 and designated 1 serves for the combustion of liquid media and essentially consists of a burner tube 11 and an oil nozzle 12 which is connected via a fuel line 15 provided with a filter 17 by means of a fuel line 15 therein used pump 16 from a reservoir 14 of the fuel is supplied.
- the oil nozzle 12, to which an ignition electrode 18 is assigned, is supported by means of brackets 24 in an air supply line 13 to which the burner tube 11 is fastened by means of a bracket 23.
- the air supply line 13, in which the combustion air conveyed by a fan 10 is supplied, is inserted in a wall 3 of a boiler 2, so that the burner tube 11, which surrounds a combustion chamber 20, projects into the boiler chamber 4.
- an aperture 21 is arranged, which has a central opening 22.
- the atomizer nozzle 12 extends through the opening 22 of the orifice 21 in the burner 1 and is thus arranged behind the orifice 21 in the flow direction of the combustion air indicated by the arrow P.
- a mixing chamber 32 is used, which is formed by a mixing member 31 arranged concentrically to the oil nozzle 12 in the form of a sleeve 34 and a cylindrical casing 25 of the oil nozzle 12 and thus has an annular cross section.
- the mixing chamber 32 is continuously connected to the boiler chamber 4 via an annular channel 33.
- the sleeve 34 can be adjusted in the axial direction in a shoulder 35 of the burner tube 11, and this is also axially opposite by means of the holder 23 the aperture 21 adjustable so that the distances a and b between it and the burner tube 11 or the mixing member 31 can be changed easily. Furthermore, the flow-through cross section of the orifice opening 22 can be changed continuously with the aid of a further conically shaped casing 26 of the atomizing nozzle 12, and the amount and / or the pressure of the supplied combustion air can be adjusted by means of a throttle valve 27 assigned to the fan 19.
- all parameters including the length of the mixing chamber 32 can be changed and adapted to the particular circumstances, so that the amount of combustion air and / or the exhaust gas supplied to the latter and the length of the mixing chamber 32 can be used to selectively mix the exhaust gas into the combustion air accomplish and thus an optimal control of the burner 1 and combustion can be achieved at a low temperature level with high efficiency and low noise.
- the oil burner 51 according to FIG. 2 also consists of a burner tube 61, an oil nozzle 62 provided with an ignition electrode 68, an air supply line 63 formed by an extension of the burner tube 61 and an orifice 71 arranged between the latter and the burner tube 61, the opening 72 of which is from the oil nozzle 62, is penetrated so that it is in turn arranged in the flow direction indicated by the arrow P behind the aperture 71.
- the air supply line 63 is inserted in a wall 53 of a boiler 52, the burner tube 61, which surrounds a combustion chamber 70, thus projects into the boiler room 54 of the boiler 52.
- a mixing element 81 is inserted into the burner tube 61, which together with a casing 66 of the oil nozzle 62 and its fuel supply line 65 forms a mixing chamber 82 with an annular cross section.
- a ring channel 83 which is provided between the diaphragm 71 and the mixing element 81 designed as a sleeve 84 and is connected to the boiler chamber 54 via recesses 64 in the form of bores or slots in the burner tube 61, the exhaust gas is emitted by the at high speed the combustion air flowing out of the diaphragm 71 is sucked in and thus introduced into the mixing chamber 82 with little expenditure of energy and mixed there with the combustion air flowing at high speed.
- the exhaust gas is intimately mixed with the combustion air, the degree of mixing being selectively influenced by the length of the mixing chamber 82, so that optimum and quiet combustion at a low temperature level can be achieved in the combustion chamber 70.
- a diffuser 85 attached to the end of the mixing element 81 and / or a conical extension 86 of the mixing chamber 82 provided in the area of the oil nozzle 62, the flow rate of the fuel mixture can be reduced in order not to impair the flame formation.
- the cross-sectional area that can be flowed through and designated C should be dimensioned about 1.4 to 3 times larger than the free cross-sectional area A of the diaphragm 71, and the annular channel 83 should also be or the recesses 64 have a cross-sectional area B which corresponds approximately to 0.8 to 2 times the cross-sectional area A of the diaphragm 21.
- a filler 73 is used to create the annular mixing chamber 82, which passes through the orifice 71 and ends behind it in the direction of flow. Since the filler 73 is axially adjustable, the length of the mixing section can be adjusted in this way.
- the filler 73 is to be replaced by an oil nozzle according to FIG. 2 - to prevent the supply of combustion air through the supply channels 74, these can be limited by means of a recess 76 in the orifice 71 rotatably mounted disc 77 can be shut off.
- the disk 77 is equipped with bores 78 assigned to the feed channels 74 and can be rotated slightly by means of a lever linkage 79.
- the supply channels 74 can thus be completely or partially closed in order to influence the flame formation when an air / gas mixture is burned.
- the pipeline 124 as well as the oil nozzle 112 pass through the opening 122 of an orifice 121 inserted in the burner tube 111, so that through the pipeline 124 and one into the burner tube 111 arranged as a sleeve 134 formed mixing member 131, a mixing chamber 132 is formed and thus it is ensured that the combustion air supplied by means of an air supply line 113 with the slit-like recesses 114 machined into the burner tube 111 and an annular channel 133 provided between the diaphragm 121 and the mixing member 131 exhaust gas flowing in are intensively mixed with one another before entering the combustion chamber 120.
- the cross-sectional area 125 of the cooling channel 123 through which the combustion air can flow is adjustable in a simple manner by means of an axially displaceably arranged disk 126 provided with a conical outer jacket surface, so that the nozzle nozzle 112 can be cooled to a greater or lesser extent depending on the cool combustion air flowing around it.
- the ignition electrode 118 assigned to the oil nozzle 112 is arranged in the pipe 124 forming the cooling channel 123, so that the combustion air / exhaust gas mixture is not adversely affected by this.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, bestehend aus einer oder mehreren Oel- oder Gasdüsen, denen über eine Brennstoffleitung der Brennstoff zuführbar ist, einer Luftzuführungsleitung für die von einem Ventilator oder dgl. geförderten Verbrennungsluft, einer Brennkammer sowie einer mit von der Verbrennungsluft durchströmten Blende, wobei die Oeldüse oder bei einem Gasbrenner ein Füllstück die Blende durchgreift und in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinter der Blende angeordnet ist bzw. endet, die Oeldüse bzw. das Füllstück ganz oder teilweise von einem konzentrisch angeordneten Mischglied umgeben ist, das mit der Deldüse und/oder deren Ummantelung oder dem Füllstück eine Mischkammer mit ringförmigem Querschnitt bildet, und wobei zur Einbringung von Abgas in die Mischkammer diese über einen oder mehrere Kanäle mit einem zugeordneten Kesselraum verbunden ist.The invention relates to a burner for the combustion of liquid or gaseous fuels, consisting of one or more oil or gas nozzles, to which the fuel can be supplied via a fuel line, an air supply line for the combustion air conveyed by a fan or the like, a combustion chamber and a with the combustion air flowing through the orifice, the oil nozzle or, in the case of a gas burner, a filler piece passing through the orifice and being arranged or ending behind the orifice in the flow direction of the combustion air, the oil nozzle or the filler piece being wholly or partly surrounded by a concentrically arranged mixing element , which forms a mixing chamber with an annular cross section with the nozzle nozzle and / or its casing or the filler piece, and wherein the introduction of exhaust gas into the mixing chamber is connected via one or more channels to an assigned boiler chamber.
Durch die US-A-3 741 166 ist ein Brenner dieser Art bekannt. Da bei dieser Ausgestaltung kein Brennerrohr vorgesehen ist, findet somit die Verbrennung im Kesselraum statt. Außerdem ist die Blende mit mehreren Öffnungen versehen, so daß mehrere Strahlen erzeugt werden, durch die das zugeführte Abgas lediglich im Randbereich in die Brennerflamme eingemischt wird. Eine zufriedenstellende Verbrennung ist demnach nicht gegeben.A burner of this type is known from US-A-3 741 166. Since no burner tube is provided in this embodiment, the combustion therefore takes place in the boiler room. In addition, the aperture is provided with a plurality of openings, so that several beams are generated through which supplied exhaust gas is mixed into the burner flame only in the edge region. There is therefore no satisfactory combustion.
Des weiteren ist durch die GB-A-833 087 ein Oelbrenner bekannt, bei dem die Verbrennungsluft radial und somit mit hohem Drall in eine Mischdüse, um die Flamme zu stabilisieren, eingebracht wird. Außerdem wird teilweise unverbranntes Brenngas, bevor dieses in den Kesselraum, in dem die eigentliche Verbrennung stattfindet, austritt, durch einen durch eine Ummantelung gebildeten Ringkanal und über radial gerichtete Bohrungen zurückgeführt. Da die Bohrungen im Bereich niederen Druckes in die Mischkammer münden und demnach das unverbrannte Brenngas nicht angesaugt wird, ist dessen Rückführung und damit die Verbrennung ebenfalls unzureichend.Furthermore, an oil burner is known from GB-A-833 087, in which the combustion air is introduced radially and thus with high swirl into a mixing nozzle in order to stabilize the flame. In addition, some unburned fuel gas is returned through an annular channel formed by a jacket and via radially directed bores before it emerges into the boiler room in which the actual combustion takes place. Since the bores in the area of low pressure open into the mixing chamber and therefore the unburned fuel gas is not sucked in, its recirculation and thus the combustion is also inadequate.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Brenner der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß eine optimale Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches, das mit geringem Energieaufwand durch die gesteuerte Einbringung einer großen Menge von Abgas in die zugeführte Verbrennungsluft gebildet werden soll, vor allem auch bereits in der Startphase, in der Brennkammer ermöglicht wird und daß somit der Anteil der Stickoxide in den Abgasen während der gesamten Betriebsdauer des Brennners in einem erheblichen Maße reduziert werden kann. Des weiteren soll der Brenner, der auch leicht auf die jeweiligen Gegebenheiten einzustellen und zu regeln sein soll, äußerst geräuscharm arbeiten und die Flamme soll stets stabil sein und auf einem niederen Temperaturniveau blau ausbrennen. Der dazu erforderliche Bauaufwand soll gering gehalten werden, auch sollen Brenner nachrüstbar sein, um die Verbrennung in bestehenden Anlagen zu verbessern und damit eine Stickoxidreduktion zu gewährleisten.The object of the invention is therefore to design a burner of the type mentioned in such a way that an optimal combustion of the air-fuel mixture, which is to be formed with little energy through the controlled introduction of a large amount of exhaust gas into the supplied combustion air, above all even in the start-up phase in the combustion chamber and that the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gases can thus be reduced to a considerable extent during the entire operating time of the burner. Furthermore, the burner, which should also be easy to adjust and regulate to the respective circumstances, should work extremely quietly and the flame should always be stable and burn out blue at a low temperature level. The construction effort required for this should be kept low, and burners should also be able to be retrofitted in order to improve the combustion in existing plants and thus to ensure a nitrogen oxide reduction.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Mischglied mit einem in den Kesselraum ragenden Brennerrohr versehen ist, durch das die Brennkammer des Brenners gebildet ist, daß der bzw. die in die Mischkammer des Mischgliedes mündenden Kanäle zur Zuführung von Abgas aus dem Kesselraum nach Art eines Venturi-Rohres ausgebildet sind, daß die Blende eine zentrische Öffnung für die Verbrennungsluft aufweist, die teilweise von der Oeldüse oder dem Füllstück durchgriffen ist, und daß die durchströmbare Querschnittsfläche der Mischkammer etwa um das 1,4 bis 3-fache größer bemessen ist als die freie Querschnittsfläche der Blende.According to the invention, this is achieved in that the mixing member is provided with a burner tube projecting into the boiler chamber, through which the combustion chamber of the burner is formed, that the or the ducts opening into the mixing chamber of the mixing member for supplying exhaust gas from the boiler chamber Kind of a Venturi tube are formed that the aperture has a central opening for the combustion air, which is partially penetrated by the oil nozzle or the filler, and that the flow-through cross-sectional area of the mixing chamber is dimensioned about 1.4 to 3 times larger than the free cross-sectional area of the aperture.
Zweckmäßig ist es hierbei, die Oeldüse im Bereich der Blende mit einer zylindrischen, vorzugsweise abgestuften und/oder kegelförmig ausgebildeten Ummantelung zu versehen, die zur Veränderung des freien Strömungsquerschnittes der Blendenöffnung in Achsrichtung der Blende verstellbar angeordnet ist. Der Druck und/oder die Menge der zugeführten Verbrennungsluft können aber auch mittels einer Drosselklappe oder dgl. geregelt werden.It is expedient in this case to provide the oil nozzle in the region of the orifice with a cylindrical, preferably stepped and / or conically shaped casing, which is arranged so as to be adjustable in the axial direction of the orifice to change the free flow cross section of the orifice opening. The pressure and / or the amount of combustion air supplied can also be regulated by means of a throttle valve or the like.
Vorteilhaft ist es ferner, das Mischglied in Achsrichtung der Oeldüse gegenüber dieser bzw. dem Füllstück und/oder der Blende verstellbar anzuordnen. Selbstverständlich kann aber auch das Füllstück axial verschiebbar angeordnet werden.It is also advantageous to arrange the mixing element so that it can be adjusted in the axial direction of the oil nozzle relative to the oil nozzle or the filler and / or the diaphragm. Of course, the filler can also be arranged axially displaceable.
Des weiteren sollten die von den Abgasen durchströmbaren den Kesselraum mit der Mischkammer verbindenden Kanäle oder Ausnehmungen des Brennerrohres eine Querschnittsfläche aufweisen, die etwa dem 0,8 bis 2-fachen der freien Querschnittsfläche der Blende entspricht, und das Brennerrohr und/oder das Mischglied sollten gegenüber der Blende verstellbar angeordnet sein.Furthermore, the channels or recesses of the burner tube which can flow through the exhaust gases and connect the boiler chamber to the mixing chamber should have a cross-sectional area which corresponds to approximately 0.8 to 2 times the free cross-sectional area of the orifice, and the burner tube and / or the mixing element should be opposite the aperture can be arranged adjustable.
Auch ist es angebracht, wenn die Mischstrecke der Mischkammer eine axiale Länge aufweist, die etwa dem 0,5 bis 10-fachen des hydraulischen Durchmessers der Mischkammer entspricht und die Oeldüse in einem axialen Abstand von dem Ende des Brennerrohres angeordnet ist, der mindestens dem 1,6 - fachen des Durchmessers des Brennerrohres entspricht. Außerdem kann die Mischkammer im Bereich der Oeldüse bzw. des Füllstückes mit einer konischen Erweiterung versehen sein.It is also appropriate if the mixing section of the mixing chamber has an axial length which corresponds approximately to 0.5 to 10 times the hydraulic diameter of the mixing chamber and the oil nozzle is arranged at an axial distance from the end of the burner tube, which is at least the 1st , 6 times the diameter of the burner tube. In addition, the mixing chamber can be provided with a conical widening in the area of the oil nozzle or the filler piece.
Zweckmäßig ist es außerdem, das Mischglied auf der dem Brennraum zugekehrten Seite mit einem Diffusor auszustatten.It is also expedient to equip the mixing element with a diffuser on the side facing the combustion chamber.
Nach einer Weiterbildung kann zwischen der Blende und der Oeldüse ein diese einschließender Kühlkanal vorgesehen werden, der an die Verbrennungsluftleitung anschließbar ist.According to a further development, a cooling duct enclosing the diaphragm and the oil nozzle can be provided, which can be connected to the combustion air line.
Der Kühlkanal kann in einfacher Ausgestaltung durch eine die Oeldüse mir radialem Abstand umgebene Rohrleitung gebildet werden, deren von der Verbrennungsluft durchströmbare Querschnittsfläche vorzugsweise im Eingangsbereich beispielsweise mittels einer axial verschiebbar angeordneten und mit einer kegeligen Außenmantelfläche versehenen Scheibe verstellt werden kann. Ferner kann der Kühlkanal im Bereich der Oeldüse mit einer Einschnürung, einer Blende und/oder mit Drallschaufeln versehen und die der Oeldüse zugeordnete Zündelektrode kann in dem Kühlkanal angeordnet werden.In a simple embodiment, the cooling channel can be formed by a pipeline surrounding the oil nozzle with a radial distance, the cross-sectional area through which the combustion air can flow, preferably in the entrance area, for example by means of an axially displaceable disk provided with a conical outer jacket surface. Furthermore, the cooling duct in the region of the oil nozzle can be provided with a constriction, an aperture and / or with swirl vanes, and the ignition electrode assigned to the oil nozzle can be arranged in the cooling duct.
Bei einem im Brennerrohr eingesetzten Mischglied kann ferner zur Verbindung des Kesselraumes mit der Mischkammer das Brennerrohr in Strömungsrichtung hinter der Blende mit mit dem Kanal zur Zuführung von Agbasen kommunizierenden Ausnehmunge, beispielsweise in Form von Löchern und/oder Schlitzen, versehen sein.In the case of a mixing element used in the burner tube, the burner tube can also be provided in the flow direction behind the orifice with a recess communicating with the channel for supplying agbases, for example in the form of holes and / or slots, for connecting the boiler space to the mixing chamber.
Zur Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffes ist es vorteilhaft, in der Luftzuführungsleitung vor der Blende eine oder mehrere Gasdüsen oder Gaseinsätze anzuordnen.To burn a gaseous fuel, it is advantageous to arrange one or more gas nozzles or gas inserts in the air supply line in front of the orifice.
Zur Überführung eines Teiles des Luft-/Gasgemisches aus der Luftzuführungsleitung in die Brennkammer sollten bei dieser Ausgestaltung in dem Brennerrohr ein oder mehrere durch die Blende und das Mischglied sowie den von diesen eingeschlossenen Abgaszuführungskanal hindurchgeführte Verbindungskanäle vorgesehen sein, wobei die Verbindungskanäle mit radialem Abstand zu der Längsachse des Brennerrohres vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet und durch in die Blende und das Mischglied eingesetzte Rohrleitungen gebildet sein sollten.In order to transfer a part of the air / gas mixture from the air supply line into the combustion chamber, one or more connecting channels should be provided in the burner tube in this configuration in the burner tube, the connecting channels passing through the orifice and the exhaust gas supply channel enclosed by these, the connecting channels being at a radial distance from the The longitudinal axis of the burner tube should preferably be uniformly distributed over the circumference and should be formed by pipes inserted into the diaphragm and the mixing element.
Um die Gasflamme beeinflussen oder eine Umstellung auf die Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes auf einfache Weise vornehmen zu können, ist es des weiteren zweckmäßig, wenn die Luft-/Gasgemisch-Zuführungskanäle beispielsweise durch eine begrenzt verdrehbar gelagerte vorzugsweise in der Blende eingesetzte Scheibe, durch axial verschiebbare Stifte oder dgl. ganz oder teilweise verschließbar sind.In order to be able to influence the gas flame or to convert to the combustion of a liquid fuel in a simple manner, it is furthermore expedient if the air / gas mixture supply ducts, for example through a disc which is mounted in the diaphragm and can be rotated to a limited extent, by axially displaceable Pins or the like are fully or partially closable.
Wird ein Brenner gemäß der Erfindung ausgebildet, so kann eine große Menge Abgas gesteuert der Verbrennungsluft, bevor diese in die Brennkammer einströmt, definiert beigemischt werden, so daß eine blaubrennende rußfreie Flamme mit äußerst geringem Anteil an Stickoxiden in den Abgasen zu erzielen ist; und aufgrund der Injektorwirkung, die durch die mit hoher Geschwindigkeit durch die Mischkammer strömende Verbrennungsluft hervorgerufen wird, wird das Abgas in diese eingesogen und mit der durch die Blende beschleunigten Verbrennungsluft intensiv vermischt, eine nahezu stöchiometrische Verbrennung des aus der Oeldüse ausgestoßenen oder mittels einer oder mehrerer Gasdüsen oder Gaseinsätzen zugeführten Brennstoffes auf einem niederen Temperaturniveau, da die Brennerflamme durch das Abgas gekühlt wird, ist somit gewährleistet.If a burner is designed according to the invention, a large amount of exhaust gas can be controlled in a controlled manner before the combustion air flows into the combustion chamber, so that a blue-burning soot-free flame with an extremely low proportion of nitrogen oxides in the exhaust gases can be achieved; and due to the injector effect, which is caused by the combustion air flowing through the mixing chamber at high speed, the exhaust gas is sucked into the latter and intensively mixed with the combustion air accelerated by the orifice, an almost stoichiometric combustion of the This ensures fuel that is ejected from the oil nozzle or that is supplied by means of one or more gas nozzles or gas inserts at a low temperature level, since the burner flame is cooled by the exhaust gas.
Ferner ist von Vorteil, daß in der Brennkammer die Flammenbildung durch Einbauten nicht beeinträchtigt wird. Irgendwelche Bauteile sind demnach, um eine optimale Verbrennung zu erzielen, nicht aufzuheizen, vielmehr ist bereits in der Startphase eine stabile blaubrennende Flamme und damit eine schadstoffarme Verbrennung gegeben. Und da somit auch keine Einbauten und Halterungen umspült werden, arbeitet der erfindungsgemäß ausgebildete Brenner äußerst geräuscharm.It is also advantageous that the flame formation in the combustion chamber is not impaired by internals. In order to achieve optimal combustion, there is no need to heat any of the components; rather, a stable blue-burning flame and therefore low-pollutant combustion are already present in the starting phase. And since no fittings and holders are washed around, the burner designed according to the invention operates extremely quietly.
Der Bauaufwand, mittels dem eine derartige optimale Verbrennung ermöglicht wird, ist sehr gering, da lediglich mit Hilfe des Mischgliedes und einer entsprechenden Anordnung der Oeldüse bzw. des Füllstückes eine Mischkammer zu bilden ist, die dem Brennraum vorzuschalten ist. Die Länge der Mischstrecke der Mischkammer, die Mengen der dieser zuzuführenden Verbrennungsluft sowie des Abgases wie auch die Strömungsgeschwindigkeiten sind hierbei leicht an unterschiedliche Gegebenheiten anpaßbar, so daß der vorschlagsgemäß ausgebildete Brenner nicht nur einen hohen Wirkungsgrad aufweist, sondern auch ohne Schwierigkeiten geregelt werden kann und stets eine optimale Auslegung zu bewerkstelligen ist.The construction cost, by means of which such an optimal combustion is made possible, is very low, since a mixing chamber can only be formed with the help of the mixing element and a corresponding arrangement of the oil nozzle or the filler piece, which is to be connected upstream of the combustion chamber. The length of the mixing section of the mixing chamber, the amounts of the combustion air to be supplied as well as the exhaust gas, as well as the flow velocities, are easily adaptable to different circumstances, so that the burner designed according to the proposal not only has a high efficiency, but can also be regulated without difficulty and always an optimal design is to be achieved.
Durch diese Konstruktion wird demnach nicht nur bezüglich der Verbrennungsqualität eine weitgehende Kessel-Brennkammerunabhängigkeit erreicht, sondern es werden auch auf jedem bekannten Kessel äußerst günstige Stickoxidwerte erzielt. Des weiteren können bestehende Anlagen ohne Schwierigkeiten problemlos nachgerüstet werden, so daß kurzzeitig die durch Heizungen gegebenen Abgasbelastungen gemindert werden können.As a result of this construction, not only is the boiler combustion chamber largely independent of the combustion quality, but it also becomes extremely cheap on any known boiler Nitrogen oxide values achieved. Furthermore, existing systems can be easily retrofitted without difficulty, so that the exhaust gas pollution caused by heating can be reduced for a short time.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des gemäß der Erfindung ausgebildeten Brenners zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen dargestellt, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind. Hierbei zeigt, jeweils in einem Längsschnitt:
Figur 1- einen mit einer Oeldüse und einer durch ein Mischglied gebildeter Mischkammer versehenen Brenner, teilweise in schematischer Darstellung,
- Figur 2
- eine andersartige Ausführungsform des Brenners nach
Figur 1, - Figur 3
- die Brennerausgestaltung nach Figur 2 als Gasbrenner und
Figuren 4 und 5- einen als Oelbrenner nach Figur 2 mit einem die Oeldüse umgebenden unterschiedlich ausgebildeten Oelkanal, in schematischer Darstellung.
- Figure 1
- a burner provided with an oil nozzle and a mixing chamber formed by a mixing member, partly in a schematic representation,
- Figure 2
- another embodiment of the burner according to Figure 1,
- Figure 3
- the burner design according to Figure 2 as a gas burner and
- Figures 4 and 5
- a as an oil burner according to Figure 2 with a differently designed oil channel surrounding the oil nozzle, in a schematic representation.
Der in Figur 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Oelbrenner dient zur Verbrennung von flüssigen Medien und besteht im wesentlichen aus einem Brennerrohr 11 und einer Oeldüse 12, der über eine mit einem Filter 17 versehenen Brennstoffleitung 15 mittels einer in dieser eingesetzten Pumpe 16 aus einem Vorratsbehälter 14 der Brennstoff zugeführt wird. Die Oeldüse 12, der eine Zündelektrode 18 zugeordnet ist, ist mittels Halterungen 24 in einer Luftzuführungsleitung 13 abgestützt, an der das Brennerrohr 11 mittels einer Halterung 23 befestigt ist. Die Luftzuführungsleitung 13, in der die von einem Ventilator 10 geförderte Verbrennungsluft zugeführt wird, ist hierbei in einer Wand 3 eines Heizkessels 2 eingesetzt, so daß das Brennerrohr 11, das eine Brennkammer 20 umgibt, in dessen Kesselraum 4 hineinragt.The oil burner shown in FIG. 1 and designated 1 serves for the combustion of liquid media and essentially consists of a
Am Ende der Luftzuführungsleitung 13 ist eine Blende 21 angeordnet, die eine zentrische Öffnung 22 aufweist. Die Zerstäuberdüse 12 durchgreift bei dem Brenner 1 die Öffnung 22 der Blende 21 und ist somit in der durch den Pfeil P gekennzeichneten Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinter der Blende 21 angeordnet.At the end of the
Um in der Brennkammer 20 eine nahezu stöchiometrische Verbrennung auf einem niederen Temperaturniveau zu erzielen, wird bei dem Brenner 1 der von dem Ventilator 19 geförderten Verbrennungsluft eine einstellbare Menge Abgas aus dem Kesselraum 4 des Heizkessels 2 zugeführt und mit dieser innig und definiert vermischt. Dazu dient eine Mischkammer 32, die durch ein konzentrisch zu der Oeldüse 12 angeordnetes Mischglied 31 in Form einer Hülse 34 und einer zylindrischen Ummantelung 25 der Oeldüse 12 gebildet ist und somit einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Über einen Ringkanal 33 ist die Mischkammer 32 mit dem Kesselraum 4 ständig verbunden.In order to achieve an almost stoichiometric combustion in the
Die Hülse 34 ist in axialer Richtung verstellbar in einem Ansatz 35 des Brennerrohres 11 eingesetzt, außerdem ist dieses ebenfalls axial mittels der Halterung 23 gegenüber der Blende 21 verstellbar, so daß die Abstände a und b zwischen dieser und dem Brennerrohr 11 bzw. dem Mischglied 31 leicht verändert werden können. Des weiteren kann der durchströmbare Querschnitt der Blendenöffnung 22 mit Hilfe einer weiteren kegelförmig ausgebildeten Ummantelung 26 der Zerstäuberdüse 12 stufenlos verändert werden, und die Menge und/oder der Druck der zugeführten Verbrennungsluft ist mittels einer dem Ventilator 19 zugeordneten Drosselklappe 27 einstellbar. Auf diese Weise können alle Parameter einschließlich der Länge der Mischkammer 32 verändert und an die jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden, so daß über die Menge der Verbrennungsluft und/oder des dieser zugeführten Abgases sowie der Länge der Mischkammer 32 eine gezielte Einmischung des Abgases in die Verbrennungsluft zu bewerkstelligen und somit eine optimale Regelung des Brenners 1 und eine Verbrennung auf niederem Temperaturniveau bei hohem Wirkungsgrad und geringen Geräuschen zu erzielen sind.The
Auch der Oelbrenner 51 nach Figur 2 besteht aus einem Brennerrohr 61, einer mit einer Zündelektrode 68 versehenen Oeldüse 62, einer durch eine Verlängerung des Brennerrohres 61 gebildeten Luftzuführungsleitung 63 sowie einer zwischen dieser und dem Brennerrohr 61 angeordneten Blende 71, deren Öffnung 72 von der Oeldüse 62, durchgriffen ist, so daß diese wiederum in der durch den Pfeil P gekennzeichneten Strömungsrichtung hinter der Blende 71 angeordnet ist. Die Luftzuführungsleitung 63 ist in einer Wand 53 eines Heizkessels 52 eingesetzt, das Brennerrohr 61, das eine Brennkammer 70 umgibt, ragt somit in den Kesselraum 54 des Heizkessels 52 hinein.The
Um der Verbrennungsluft vor Eintritt in die Brennkammer 70, wie dies durch die mit R bezeichneten Pfeile dargestellt ist, Abgas aus dem Kesselraum 54 zuführen und intensiv und definiert mit dieser durchmischen zu können, ist in das Brennerrohr 61 ein Mischglied 81 eingesetzt, das zusammen mit einer Ummantelung 66 der Oeldüse 62 und deren Brennstoffzuführungsleitung 65 eine Mischkammer 82 mit kreisringförmigem Querschnitt bildet. Über einen Ringkanal 83, der zwischen der Blende 71 und dem als Hülse 84 ausgebildeten Mischglied 81 vorgesehen und über in das Brennerrohr 61 eingearbeitete Ausnehmungen 64 in Form von Bohrungen oder Schlitzen an den Kesselraum 54 angeschlossen ist, wird das Abgas durch die mit hoher Geschwindigkeit aus der Blende 71 ausströmende Verbrennungsluft angesaugt und somit mit geringem Energieaufwand in die Mischkammer 82 eingebracht und dort mit der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Verbrennungsluft vermischt.In order to be able to feed exhaust gas from the
Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit in der Mischkammer 82 wird das Abgas innig mit der Verbrennungsluft vermischt, wobei der Mischungsgrad durch die Länge der Mischkammer 82 gezielt beeinflußbar ist, so daß in der Brennkammer 70 eine optimale und leise Verbrennung auf einem niederen Temperaturniveau zu erzielen ist. Mit Hilfe eines am Ende des Mischgliedes 81 angebrachten Diffusers 85 und/oder einer im Bereich der Oeldüse 62 vorgesehenen konischen Erweiterung 86 der Mischkammer 82 kann die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffgemisches, um die Flammenbildung nicht zu beeinträchtigen, abgesenkt werden.Due to the high flow velocity in the mixing
Um eine optimale Zuführung der Verbrennungsluft und des Abgases in die Mischkammer 82 zu gewährleisten, Um eine optimale Zuführung der Verbrennungsluft und des Abgases in die Mischkammer 82 zu gewährleisten, sollte deren durchströmbare mit C bezeichnete Querschnittsfläche etwa um das 1,4 bis 3 - fache größer bemessen sein als die freie Querschnittsfläche A der Blende 71, außerdem sollten der Ringkanal 83 bzw. die Ausnehmungen 64 eine Querschnittsfläche B aufweisen, die etwa dem 0,8 bis 2 - fachen der Querschnittsfläche A der Blende 21 entspricht. Und um eine intensive Vermischung des Abgases mit der Verbrennungsluft in der Mischkammer 82 zu erreichen, sollte sich deren Mischstrecke 1 über eine axiale Länge erstrecken, die etwa dem 0,5 bis 10 - fachen des hydraulischen Druchmessers der Mischkammer 82 entspricht. Des weiteren sollte die Zerstäuberdüse 62 in einem axialen Abstand L vor dem Ende des Brennerrohres 61 angeordnet sein, der mindestens um das 1,6 - fache größer ist als der Durchmesser D des Brennerrohres 61. Diese Werte sind einzeln einstellbar und auf die jeweiligen Verhältnisse anpaßbar, so daß der Brenner 51 optimal gesteuert und eingestellt werden kann.In order to ensure an optimal supply of the combustion air and the exhaust gas into the mixing
Der in Figur 3 dargetellte und mit 51' bezeichnete Brenner ist in nahezu gleicher Weise ausgebildet wie der Oelbrenner nach Figur 2, aber als Gasbrenner einsetzbar. Um eine optimale Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen, die mittels in der Luftzuführungsleitung 63 vor der Blende 71 angeordneter Gaseinsätze 62' zugeführt werden, zu ermöglichen, sind in dem Brennerrohr 61 mehrere mit radialem Abstand zu dessen Längsachse und gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Zuführungskanäle 74 vorgesehen, die durch die Blende 71, das Mischglied 81 sowie den von diesen eingeschlossenen Kanal 83 zur Zuführung von Abgas durchgreifende Rohrleitungen 75 gebildet sind. Das Luft-/Gasgemisch gelangt somit nicht nur durch die Öffnung 72 der Blende 71 und die Mischkammer 82 in die Brennkammer 70, sondern auch durch die Zuführungskanäle 74.The burner shown in FIG. 3 and designated 51 'is designed in almost the same way as the oil burner according to FIG. 2, but can be used as a gas burner. In order to enable optimal combustion of gaseous fuels which are supplied by means of gas inserts 62 'arranged in the
Zur Schaffung der ringförmigen Mischkammer 82 dient bei dieser Ausgestaltung ein Füllstück 73, das die Blende 71 durchgreift und in Strömungsrichtung hinter dieser endet. Da das Füllstück 73 axial verstellbar ist, kann auf diese Weise die Länge der Mischstrecke eingestellt werden.In this embodiment, a
Um beispielsweise bei einem Betrieb des Brenners 51' als Oelbrenner - in diesem Fall ist das Füllstück 73 durch eine Oeldüse gemäß Figur 2 zu ersetzen - die Zuführung von Verbrennungsluft durch die Zuführungskanäle 74 auszuschließen, können diese mittels einer in einer Ausnehmung 76 der Blende 71 begrenzt verdrehbar gelagerten Scheibe 77 abgesperrt werden. Die Scheibe 77 ist dazu mit den Zuführungskanälen 74 zugeordneten Bohrungen 78 ausgestattet und kann mittels eines Hebelgestänges 79 geringfügig verdreht werden. Die Zuführungskanäle 74 können somit ganz oder, um bei Verbrennung eines Luft-/ Gasgemisches die Flammenbildung zu beeinflussen, ganz oder teilweise verschlossen werden.In order, for example, when the
Bei dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten Oelbrenner 101, dessen Brennerrohr 111 wiederum in einer Wand 102 eines Heizkessels 103 eingesetzt ist und in dessen Kesselraum 104 hineinragt, ist zur Kühlung der Oeldüse 112 ein diese umgebender Kühlkanal 123 vorgesehen, der durch eine Rohrleitung 124 gebildet ist. Die Rohrleitung 124 wie auch die Oeldüse 112 durchgreifen die Öffnung 122 einer in dem Brennerrohr 111 eingesetzten Blende 121, so daß durch die Rohrleitung 124 und einem in das Brennerrohr 111 angeordneten als Hülse 134 ausgebildeten Mischglied 131 eine Mischkammer 132 gebildet und somit gewährleistet ist, daß die mittels einer Luftzuführungsleitung 113 zugeführte Verbrennungsluft mit dem durch in das Brennerrohr 111 eingearbeiteten schlitzartigen Ausnehmungen 114 und einen zwischen der Blende 121 und dem Mischglied 131 vorgesehenen Ringkanal 133 zuströmenden Abgas vor dem Eintritt in die Brennkammer 120 intensiv miteinander vermischt werden.In the
Die von der Verbrennungsluft durchströmbare Querschnittsfläche 125 des Kühlkanals 123 ist auf einfache Weise mittels einer axial verschiebbar angeordneten mit einer kegeligen Außenmantelfläche versehenen Scheibe 126 verstellbar, so daß die Deldüse 112 mehr oder weniger stark in Abhängigkeit von der diese umströmenden kühlen Verbrennungsluft gekühlt werden kann. Und um die den Kühlkanal 123 durchströmende Verbrennungsluft störungsfrei in die durch die Öffnung 122 der Blende 121 zuströmenden und mit Abgas vermischten Verbrennungsluft einzubringen, kann die Rohrleitung 124 im Bereich der Oeldüse 112 gemäß Figur 4 mit einer Einschnürung 127 oder gemäß Figur 5 mit einer Blende 128 (obere Hälfte) und/oder mit Drallschaufeln 129 (untere Hälfte) versehen sein. Die der Oeldüse 112 zugeordnete Zündelektrode 118 ist in der den Kühlkanal 123 bildenden Rohrleitung 124 angeordnet, so daß durch diese das Verbrennungsluft/Abgasgemisch nicht beeinträchtigt wird.The
Claims (20)
- Burner (51; 101) for the combustion of liquid or gaseous fuels consisting of one or more oil or gas jets (62; 62'; 112) which can be supplied with fuel via a fuel line (65), an air infeed line (63; 113) for the combustion air pumped by a ventilator or similar, a combustion chamber (70; 120) and an orifice (71; 121) through which the combustion air flows, whereby the oil jet (62; 112), or in the case of a gas burner (51) a filling element (73), which passes through the orifice (71; 121) is arranged or ends behind the orifice (71; 121) in the direction of flow (P) of the combustion air, whereby the oil jet (62; 112) or the filling element (73) is partially or fully surrounded by a concentrically arranged mixer element (81; 131) which, with the oil jet (62; 112) and/or its covering (75) or the filling element (73), forms a mixing chamber (82; 132) with an annular cross-section, and whereby the mixing chamber (82; 132) is connected to a corresponding boiler space (54; 104) by means of one or more ducts (83; 133) in order to feed exhaust air into the mixing chamber (82; 132),
characterized in that,a) the mixer element (81; 131) has a burner pipe (61; 111) which protrudes into the boiler space (54; 104) which forms the combustion chamber (70; 120) of the burner (51; 101),b) the duct or ducts (83; 133) which emerge(s) into the mixing chamber (82; 132) of the mixer element (81; 131) is/are shaped like a venturi tube in order to feed in exhaust gas from the boiler space (54; 104),c) the orifice (71; 121) has a central opening (72) for the combustion air which is partially penetrated by the oil jet (62; 112) or by the filling element (73) andd) the cross-sectional surface area (C) of the mixing chamber (82; 132) through which gas can flow is approximately 1.4 to 3 times larger than the free cross-sectional area (A) of the orifice (71; 121). - Burner in accordance with Claim 1,
characterized in that, the oil jet (62) in the area of the orifice (71) has a cylindrically shaped covering (66) which, in a preferred embodiment, narrows in stages and/or is tapered and which can be moved in the axial direction of the orifice (71) in order to alter the free flow cross-section (A) of the orifice aperture (72). - Burner in accordance with Claim 1 or 2,
characterized in that, the mixer element (81) can be moved in the axial direction of the oil jet (62) in relation to the latter or to the filling element (73) and/or the orifice (71) and/or that the filling element (73) can be moved axially. - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 3,
characterized in that, the ducts (83; 133) through which the exhaust gases flow and which connect the boiler space (54; 104) to the mixing chamber (82; 132) or the notches (64; 114) of the burner pipe (61) have a cross-sectional area (B) which approximately corresponds to 0.8 to 2 times the free cross-sectional area (A) of the orifice (71; 121). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 4,
characterized in that, the burner pipe (61; 111) and/or the mixer element (81; 131) can be moved in relation to the orifice (71; 121). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 5,
characterized in that, the mixing portion of the mixing chamber (82; 132) has an axial length which approximately corresponds to 0.5 to 10 times that of the hydraulic diameter of the mixing chamber (82; 132). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 6,
characterized in that, The oil jet (62; 112) is fitted at an axial distance (L) from the end of the burner pipe (61; 111), a distance which approximately corresponds to at least 1.6 times the diameter (D) of the burner pipe (61; 111). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 7,
characterized in that, the mixing chamber (82) has a conical expansion (86) in the area of the oil jet (62) or of the filling element (73). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 8,
characterized in that, the mixer element (81) has a diffuser on its side which faces the combustion chamber (70). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 9,
characterized in that, a cooling duct (123) is provided between the orifice (121) and the oil jet (112), whereby the aforementioned cooling duct (123) encloses the oil jet (112) and is connected to the air infeed line (113). - Burner in accordance with Claim 10,
characterized in that, the cooling duct (123) is formed by a pipe line (124) which encloses the oil jet (112) at a radial distance from the latter. - Burner in accordance with Claim 10 or 11,
characterized in that, in a preferred embodiment, the intake portion of the cross-sectional area (125) of the cooling duct (123) through which combustion air can flow is movable, for example by means of an axially movable disk (126) which has a conical external covering surface. - Burner in accordance with one or more of Claims 10 to 12,
characterized in that, the cooling duct (123) has a cut-in (127), an orifice (128) and/or helical paddles (129) in the area of the oil jet (112). - Burner in accordance with one or more of Claims 10 to 13,
characterized in that, the ignition electrode (118) for the oil jet (112) is arranged in the cooling duct (123). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 14,
characterized in that, in a mixer element (81; 131) inserted in the burner pipe (61; 111) for connecting the boiler space (54; 104) to the mixer chamber (82; 132), the burner pipe (61; 111) has notches behind the orifice (71; 121) in the direction of flow (P) which communicate with the duct (83; 133) for feeding in exhaust gases, whereby the notches are for example in the form of holes (64) and/or slots (114). - Burner in accordance with one or more of Claims 1 to 15,
characterized in that, one or more gas jets or gas inserts (62') are arranged in the air infeed line (63) in front of the orifice (71) in order to combust a gaseous fuel. - Burner in accordance with Claim 16,
characterized in that, one or more connection ducts (74) and the duct (83) for feeding in exhaust gas from the boiler space (54) are provided in order to transfer a part of the air/gas mixture from the air infeed line (63) into the combustion chamber (70) in the burner pipe (61), whereby these connection ducts (74) are passed through the orifice (71) and the mixer element (81) and the duct (83) is surrounded by the connection duct(s) (74). - Burner in accordance with Claim 17,
characterized in that, the connection ducts (74) are arranged at a radial distance from the longitudinal axis of the burner pipe (61) and are positioned, in a preferred embodiment, equally around the circumference. - Burner in accordance with Claim 17 or 18,
characterized in that, the air/gas mixture infeed ducts (74) are formed by pipe lines (75) inserted into the orifice (71) and the mixer element (81). - Burner in accordance with one or more of Claims 17 to 19,
characterized in that, the air/gas mixture infeed ducts (74) can be wholly or partially closed, for example by a disk (77) which, in a preferred embodiment, is mounted in the orifice (71) so as to allow it to turn to a limited extent, by axially movable pins or similar.
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