WO2007134580A1

WO2007134580A1 - Flammenmodellierung

Info

Publication number: WO2007134580A1
Application number: PCT/DE2007/000895
Authority: WO
Inventors: Ulrich Dreizler; Daniel Dreizler
Original assignee: Ulrich Dreizler
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2007-11-29

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verbrennen von flüssigen und/ oder gasförmigen Brennstoffen, sowie Gebläsebrenner zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen, bei dem um eine Kernflamme herum eine die eigentliche Feuerungsleistung bringende Hüllflamme angeordnet ist, wobei mindestens die Kernflamme in ihrer Größe und Form so modellierbar ist, dass sie, insbesondere aufgrund einer variablen Gestaltung, eine in Innern der Hüllflamme gelegene innere, interne Abgasrezirkulation bewirkt.

Description

Flammenmodellierung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, bzw. einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bzw. des Anspruchs 11.

Ein grundsätzliches Problem bei der Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen über derartige Verfahren, bzw. Vorrichtungen besteht in der Ausbildung, bzw. Gestaltung der Flamme um einerseits zur Einsparung von Brennstoff einen möglichst guten wirksamen Wärmeübergang von der Flamme an das Wärmeträgermaterial, beispielsweise Wasser, z. B. innerhalb eines Heizkessels, zu erreichen und andererseits durch die Gestaltung bzw. Ausbildung der Flamme den zunehmend strengeren Anforderungen an die Entgiftung des Abgases zu genügen.

Es ist bekannt bei gattungsgemäßen Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Abgasentgiftung eine teilweise Rückführung von Abgasen in die Wurzel der Flamme während des Verbrennungsvorgangs durchzuführen (EP 0 347 834; Dreizier), wodurch die Verbrennungstemperatur und damit der Anteil des giftigen NO_x im Gesamtabgas des Verbrennungsvorgangs reduziert wird. Um dies zu erzielen sind bei dem bekannten Brennerkopf und entsprechenden Verfahren an dem die Flamme gestaltenden Brennrohr bzw. dem sich anschließenden Flammrohr, radiale Öffnungen vorhanden zur Rezirkulation von Abgas, wobei diese Rezirkulation noch durch in die Flamme ragende Stege unterstützt wird. Die Rückführung von Abgasen ist sowohl im Außenbereich der Flamme als auch bis hin zur Wurzel erforderlich, um die gewünschte NO_x - Reduzierung zu erzielen.

Bei einer anderen bekannten gattungsgemäßen aber nur für Heizöl bestimmten Feuerungsanlage (EP 0 913 631 A2; Weishaupt), bei der ebenfalls zur Stickoxidreduzierung Abgase in die Flamme zurückgeführt werden, sind um eine zentrale Zerstäuberdüse herum mit eigener Zündeinrichtung zur Erzielung einer möglichst homogenen Verteilung von Brennstoff, Luft und Abgas zusätzliche Zerstäuberdüsen gleichmäßig beabstandet angeordnet, wie auch sonst in vielfältiger Weise durch den Stand der Technik bekannt. Obwohl auf die zentrale Zerstäuberdüse für ihre Aufgabe als Pilotoder Zündflammdüse nur ein entsprechend verhältnismäßig geringer Anteil des verbrauchten Brennstoffes entfällt, besteht auch hier das Problem der Rezirkulation von Abgas zu der Verbrennungsluft aller Düsen, wofür in wohl kaum wirksamer Weise ein Ringscheibenstaukörper um die zentrale Düse und zwischen den um diese herum angeordneten Düsen vorgesehen ist.

Da der Wärmeübergang von der Flamme auf der Abtrennung des Wärmeträgermaterials dienenden Wand eines Heizkessels z. T. auf Strahlung, im wesentlichen aber auf Konvektion, beruht, muss bei der Gestaltung und Ausbildung der Flamme auch dieses beachtet werden. Besonders bei Verfahren oder Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art trägt die Kernflamme kaum zur Konvektion bei. Diese Kernflamme ist jedoch für das laufende Entzünden des Brennstoff-Luft-Gemisches der Hüllflamme von erheblicher Bedeutung, da insbesondere wegen der für einen guten Wirkungsgrad maßgebenden Verwirbelung des Brennstoff-Luft- Gemisches, ein Abreißen der Flamme beachtet sein muss. Aus diesem Grund sind bei den oben genannten bekannten Brennerköpfen eine Zentralflamme bildende zentrale Brennstoffdüsen vorgesehen. Allerdings ist bei diesen gattungsgemäßen Brennern durch das Flammrohr und die Brennstoffzufuhr die Brennstoffaufteilung zur Kernflamme und zur Hülle durch die Konstruktion immer fest vorgegeben, so dass sich für eine Leistungsänderung des Brenners immer auch simultan die Brennstoffzufuhr zu Kernflamme und Hüllflamme ändert und dies bei gleichbleibender Brennstoffaufteilung. Bei zunehmenden Leistungen und bei entsprechend ansteigendem Energiebedarf nimmt somit der nicht nutzbare Anteil der Feuerung, nämlich der Kernflamme, verhältnismäßig zu. Außerdem behindert das dabei zunehmende Volumen der Kernflamme die Rezirkulation, insbesondere zum inneren Teil der Flamme, was zwangsläufig wieder zu höheren No_x - Anteilen im Abgas führt.

Bei einem anderen bekannten Brennerkopf (EP 0 857 915; ELCO) wird durch eine zentral angeordnete Zerstäuberdüse für flüssige Brennstoffe und um diese angeordnete Gasdüsen, in Verbindung mit die Rezirkulation von Abgas fördernden Leiteinrichtungen, in einem Flammrohr erreicht, dass sich die Flammenfront erst in einem gewissen Abstand vom Brennkopf im Brennraum bildet. Hierdurch soll die Möglichkeit bestehen, dass das radial zugeführte Abgas zur Wurzel der Flamme gelangt, um auch dort die oben genannten Vorteile beim Verbrennungsablauf zu erzielen. Da dadurch natürlich eine größere Gefahr des Abreißens der Flamme besteht, wird außerdem dort vorgeschlagen, zusätzlich zur örtlichen Stabilisierung der beabstandeten Flamme einen mit gasförmigen Brennstoffen arbeitenden Stützbrenner einzusetzen, der trotz der zentralen Ölzerstäuberdüse eine Kontinuität des Verbrennungsablaufs gewährleisten soll.

Bei einer anderen bekannten Verbrennungsvorrichtung (EP 0 478 305; Hitachi), die in erster Linie als Vormischbrenner für Gasturbinen dient und bei der zentralsymmetrisch Gasdüsen angeordnet sind, ist in den Strom aus Verbrennungsluft und Brenngas jeweils ein Strömungswiderstand angeordnet, um dadurch „Verbrennungsgas im wesentlichen stromabwärts des Zentrums des Wirbelstroms" rezirkulieren zu lassen. Zwar wird hierdurch eine Kühlung des Zentrums der jeweiligen Flamme und damit eine Herabsetzung des NO_x-Anteils erzielt, allerdings auf Kosten eines großen Aufwandes bezgl. Gestaltung und Anordnung dieses zentral in der Flamme angeordneten Strömungswiderstands, der außerdem entsprechend hitzebeständig sein muss. Nicht zuletzt bestehen bezüglich der Flammenstabilität dieser Verbrennungsvorrichtung erhebliche Probleme.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren, bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens der gattungsgemäßen Art zu entwickeln, mit Rezirkulation von Abgas und ohne in die Flamme ragende zusätzliche Mittel. Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Hauptanspruch bzw. dem erfindungsgemäßen Brennerkopf gemäß Anspruch 10 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren, bzw. der erfindungsgemäße Brennerkopf hat gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik den Vorteil, dass die zentrale Flamme bzw. Kernflamme insbesondere zur Brennstoffeinsparung in ihrer Größe, unabhängig von der umgebenden Hüllflamme, einstellbar und damit modellierbar ist. Dieses kann dadurch erfolgen, dass zentral ein oder zwei Brennstoffdüsen vorhanden sind, von denen sogar eine abschaltbar ist oder indem die zugeführte Brennstoffmenge verändert wird. In jedem Fall kann durch diesen Eingriff in die Flamme mindestens die Kernflamme im Längsschnitt so klein modelliert werden, dass sich im Bereich dieser zentralen Flamme eine NO_x-reduzierende interne Rezirkulation deren Abgases einstellt. Die Erfindung betrifft nicht nur reine Ölbrenner oder Gasbrenner, sondern auch kombinierte Brenner für Öl und Gas. Ohne dass die Funktion der Kernflamme als Zünd- oder Leitflamme verloren geht, ist erfindungsgemäß nicht nutzbare Energie aus der Flammenmitte nehmbar. Dies geschieht durch stufige oder stufenlose Verkleinerung der Kernflamme, während die Gesamtflamme und damit das Verhältnis Kernflamme zu Hüllflamme beliebig modellierbar wird. Dieses beim Stand der Technik häufig zu findende stetige Nachzünden der Hauptflamme durch die Kernflamme ist auch bei erfindungsgemäßen Lösungen von außerordentlicher Bedeutung, sowohl für eine Vermeidung des Vibrierens mit Geräuschentwicklung, als auch infolge eines verzögerten Nachzündens durch die Hauptflamme selbst. Bei der Erfindung erfolgt das Einsparen von Brennstoff vor allem dadurch, dass die eigentlich genutzte Wärmeleistung von den am Rand angeordneten Hauptflammen der Hüllflamme ausgeht und nicht von der Kernflamme, die erfindungsgemäß unabhängig von der Hüllflamme veränderbar ist. Bereits bei dem einen bekannten Brennerkopf (EP 0 857 915, Elco) ist erkennbar, dass das Einleiten von rückgeführten Abgasen zum Flammenzentrum ein Problem darstellt und dass eine fehlende Flammenstabilität nur durch das Einbringen eines höheren Anteils an Brenngas in die Mitte der Flamme wiedergewonnen werden kann.

Bei einer der oben genannten bekannten Ölfeuerungsanlagen (EP 0 913 631 A2, Weishaupt) ist durch das Verwenden eines die Verbrennungsluft nicht zusätzlich kreisförmig verwirbelnden und keinen Drall erzeugenden Ringscheibenstaukörpers eine Abgasrückführung zur zentralen Zündflamme, bzw. zum Flammeninneren nicht möglich, aber auch gar nicht angestrebt. Zudem werden die zentrale Zerstäuberdüse und die Außendüsen stets simultan mit dem selben Brennstoffdruck beaufschlagt, der sich nach der angestrebten Leistung der Gesamtflamme richtet. Die Düsen können dabei nur gemeinsam und synchron betrieben werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Änderung der Brennstoffzufuhr mindestens zur Kernflamme in Stufen. Hierbei kann die eine Stufe durch Heizöl und die andere Stufe durch Gas als Brennstoff gebildet sein. Durch das Zuschalten der ergänzenden Feuerungsstufe oder dessen Abschalten kann die Kernflamme entsprechend modellierbar sein. Diese Stufenschaltung kann ganz unabhängig davon erfolgen, ob jede Stufe für sich wiederum in ihrer Leistung änderbar ist. Es ist lediglich bekannt (EP 0 857 915 Bl) eine Kernflamme durch eine Stützflamme erforderlichenfalls zu unterstützen, ohne jedoch zu deren Modellierung beizutragen. Es ist im Gegenteil davon auszugehen, dass eine solche Stützflamme zwar ein Nachzünden der Hauptflamme fördert, jedoch zusätzlich Heizenergie in der Mitte der Flamme einbringt und diese zur Schadstoffbildung der Stickoxide NO_x anregt.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Änderung der Zufuhr des Brennstoffes zur Kernflamme kontinuierlich, wobei sie auch kontinuierlich modellierbar ist. Die Kernflamme kann dadurch kühl und frei von Strömung sein, so dass auch dort eine innere Rezirkulation der Abgase in der Hüllflamme möglich wird, wodurch NO_x-Emissionen reduziert werden.

Nach einer zusätzlichen das Verfahren betreffenden Ausgestaltung der Erfindung kann über die Brennstoffzufuhr zur Kernflamme im Verhältnis zu jener der Hüllflamme eine zentrale Rezirkulation von Abgas erzielt werden, wodurch die Kernflamme steuerbar, bzw. die Flammenform modellierbar ist. Das Größenverhältnis von Hüllflamme zu Kernflamme hat einen natürlichen Einfluss auf der Abgasseite der Kernflamme und entsprechend der betreffenden Abgasrezirkulation .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Gebläsebrenner dient als Zentraldüse eine Ölzerstäuberdüse, wobei das über eine Ölpumpe unter Druck zugeführte Heizöl über ein Magnetventil oder Nadelabsperrventil zu- und absteuerbar ist. Bei dieser eine Heizölversion gegebenen Ausgestaltung kann stromab der Ölpumpe ein Ölmengenregler angeordnet sein, insbesondere im Rücklauf der Heizölleitung und stromab der Abzweigung zur Zentraldüse und es können in den Brennstoffleitungen zu den Düsen, unabhängig davon ob es Öl- oder Gasdüsen sind, Magnetventile angeordnet sein, welche gemäß einem vorgegebenen Programm zur Bildung einer optimalen Verbrennung, aber vor allem auch zur Schaffung einer halbhohlen Kernflamme mit interner Abeasrezirkulation dienen.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen, jeweils stark vereinfacht:

Fig. 1 einen Gasbrenner im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Ölbrenner im Längsschnitt;

Fig. 3 einen Ölbrenner mit 2-Stufen-Kernflamme im Längsschnitt;

Fig. 4 einen Öl-Gas-Kombinationsbrenner im Längsschnitt;

Fig. 5 einen Hydraulikschaltplan für einen Brenner entsprechend Fig. 2 oder Fig. 4 und Fig. 6 einen Hydraulikschaltplan für einen Brenner entsprechend Fig. 3.

Beschreibung der Ausführangsbeispiele

Wie in Fig. 1 sehr stark vereinfacht und im Längsschnitt dargestellt sind in einem Gasbrenner 1 in einer Querschnittsebene 2 mehrere Gasdüsen 3 kreisförmig angeordnet, durch die bei Betrieb des Gasbrenners eine ringförmige Hüll- oder auch Hauptflamme 4 gebildet wird, welche in ihrer Leistung dem Bedarf, beispielsweise eines Heizkessels, angepasst ist. Zwischen diesen äußeren Gasdüsen 3 ist zentral gelegen eine Gasdüse 5 angeordnet zur Bildung einer Kernflamme 6, welche bei Betrieb des Gasbrenners 1 entsprechend von der Außen- oder Hüllflamme 4 umgeben ist. Diese Kernflamme dient einerseits bei Ausfall oder Störungen der Hüllflamme 4 zu deren Wiederentzünden und andererseits zur ergänzenden Leistungssteuerung. Bei sehr geringen Leistungsanforderungen kann sie sogar als Ersatz für die Hüllflamme 4 dienen, sie ist jedoch in jedem Fall wesentlich kleiner. Die Gaszufuhr zu den Außengasdüsen 3 erfolgt über eine Gasleitung 7, welche außerhalb des Gasbrenners über ein regelbares Gasventil 8 gesteuert wird. Die Zentralgasdüse 5 wird über eine Gasleitung 9 mit Gas versorgt, welche über ein regelbares Gasventil 10 gesteuert wird.

Bei diesem erfindungsgemäßen Gasbrenner 1 wird die Hüllflamme entsprechend der erforderlichen Leistung eingestellt, und zwar über das Gasventil 8. Hierbei werden alle Gasdüsen 3 gleichzeitig mit Gas versorgt, wobei die Erfindung nicht ausschließt, dass diese Gasmengensteuerung über das Gasventil 8 während des Betriebs änderbar ist, beispielsweise in Anpassung an den jeweiligen tatsächlichen Wärmebedarf. Die Kernflamme 6 ist jedoch über das Gasventil 10 entsprechend einem vorgegebenen Programm änderbar. In jedem Fall jedoch ist die Kernflamme aufgrund ihrer Anordnung innerhalb der sie umhüllenden größeren Hüllflamme 4 derart modellierbar, dass eine nach innen kühlere in Strömungsrichtung hin offene Flamme entsteht, was wiederum zu einer in dieser Kernflamme sich ausbildenden inneren Rezirkulation des Abgases führt. Maßgebend ist, dass während des Betriebs dieser Kernflamme in ihr eine abgasentgiftende NO_x- vermindernde Rezirkulation von Abgas stattfindet, ohne Beeinträchtigung der umhüllenden, im Außenbereich problemlos mit Abgasrezirkulation arbeitenden Hüllflamme, d. h. ohne zusätzliche, die Hüllflamme oder Hauptflamme beeinträchtigende Konstruktionselemente.

In Fig. 2 ist ebenfalls sehr stark vereinfacht und im Längsschnitt ein Ölbrenner 11 dargestellt, der im Prinzip zur Lösung der Erfindung so arbeitet wie der Gasbrenner aus Fig. 1. Über eine Anzahl von kreisförmig angeordneten Ölzerstäubungsdüsen 12 wird eine die erforderliche Leistung bringende Hüllflamme 13 erzeugt, innerhalb der eine über eine zentrale Düse 14 gebildete Kernflamme 15 angeordnet ist. Die Brennstoffversorgung der Düsen 12 erfolgt über Ölleitungen 16, die durch ein Magnetventil 17 gesteuert werden, so dass von einer Ölpumpe 18 aus einem Öltank 19 alle Brennstoff düsen 12 gleichzeitig und unter gleichem Druck mit Heizöl versorgt werden. Zu der Zentraldüse 14 führt eine Ölleitung 20, die über ein Regelventil 21 steuerbar ist und die ebenfalls von der Pumpe 18 mit Heizöl versorgt wird. Das Regelventil 21 arbeitet, wie hier nicht näher dargestellt aber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 entnehmbar, mit einem Ölzerstäuberdüsen 30 erzeugt wird, wobei, was in der Zeichnung überlappend dargestellt und nicht einzeln für den Brennstoff erkennbar ist, Gasdüsen 29 und Ölzerstäuberdüsen 30 nebeneinander aber ebenfalls auf einem Kreis um die Ölzerstäuberdüse 27 der Kernflamme 26 angeordnet sind. Die Lanzen 31 der Ölzerstäuberdüsen 30 verlaufen somit nicht durch die Gaszuleitungsrohre 32 der Gasdüsen 29 sondern daneben. Die Gaszuleitungsrohre 32 zweigen von einem zentralen Gasverteilerrohr 33 ab, in welches ein Gasversorgungsrohr 34 mündet. Die zu der zentralen Ölzerstäuberdüse führende Lanze 35 ist entsprechend koaxial zum Gasverteilerrohr 33 angeordnet und in axialer Richtung verschiebbar, um insbesondere die Lage der Wurzel der Kernflamme 26 justieren zu können.

Erfindungsgemäß kann dieser Kombibrenner 25 entweder als reiner Ölbrenner arbeiten, bei dem die Hüllflamme 28 über Einsprühen von Heizöl durch die Ölzerstäuberdüsen 30 gebildet wird oder es kann die Hüllflamme 28 als reine Gasflamme durch über die Gasdüsen 29 zugeführtes Gas gebildet werden, und nicht zuletzt durch die Kombination aus Öl und Gas zur Erzielung einer maximalen Feüerungsleistung. Die Kernflamme 26 hingegen wird nur über die Ölzerstäuberdüse 27 erzielt, wobei der Druck, bzw. die Menge des der Ölzerstäuberdüse 27 zugeführten Heizöls die änderbare Größe der Kernflamme 26 bestimmt. Je nach Größe der Kernflamme 26, aber auch je nach Sprüh winkel der Ölzerstäuberdüse 27, bildet sich auf der Abgasseite dieser Kernflamme 26 eine offene Zone 36, die aufgrund des diese Flammenform bildenden Unterdrucks im Zentrum der Kernflamme 26 eine innere Rezirkulation von Abgas bewirkt und damit einerseits eine entsprechende Entgiftung der Abgase von NO_x und andererseits eine gewisse Abkühlung der Kernflamme 26 erzielt, was dem gesamten feuerungstechnischen Wirkungsgrad zu Gute kommt.

In Fig. 5 ist ein hydraulischer Schaltplan für einen Ölbrenner dargestellt, wie er als Ausführungsbeispiel in Fig. 2 und Fig. 4 als Kombinationsbrenner gezeigt ist. Es werden deshalb für die in Fig. 5 gezeigten entsprechenden Gegenstände die gleichen Bezugszahlen verwendet wie in Fig. 2. Die im Hydraulikschaltplan gezeigte Anlage arbeitet wie folgt. Das Heizöl wird vom Öltank 19 her über die Ölpumpe 18 in eine Hauptleitung 37 gefördert, wobei der sich in der Hauptleitung 37 einstellende Druck über ein Manometer 38 gemessen wird und über Öldruckwächter für maximalen Druck 39 und minimalen Druck 40 kontrolliert wird. Bei Abweichen von einer Solldruckspanne wird der Ölbrenner 11 abgestellt. Stromab dieser Kontrollstelle ist in der Hauptleitung 37 ein Hauptmagnetventil 41 angeordnet, um erforderlichenfalls die Ölzufuhr zu unterbrechen. In üblicher Weise weist die Ölpumpe 18 eine Saugleitung 42 sowie eine Rücklaufleitung 43 auf.

Von der Hauptleitung 37 zweigt die zur Zentraldüse 14 führende Ölleitung 20 ab, wobei die über die Zentraldüse 14 eingespritzte Ölmenge einerseits über ein in der Ölleitung stromab der Zentraldüse angeordneten Ölmengenregler 44 gesteuert wird, bzw. über das Regelventil 21, welches die Ölleitung 20 unmittelbar zu einer Rücklaufleitung 45 hin aufsteuert, die zurück zum Öltank 19 führt, so dass bei geschlossenem Ventil 21 in den Feuerungspausen die Förderung zur Zentraldüse 14 unterbrochen wird. Der die über die Zentraldüse 14 einzuspritzende Menge steuernde Ölmengenregler 44 wird im Ablauf eines Programms über einen Stellmotor 46 gesteuert. Der Druck stromauf des Ölmengenreglers 44 wird über ein Druckmanometer 47 Mengenregler zusammen, um dadurch entsprechend einem Programm die Kernflamme 15 zu modellieren. Auch hier gilt das zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschriebene Zusammenwirken von Hüllflamme und Kernflamme.

Bei dem in Fig. 3 ebenfalls äußerst vereinfacht dargestellten dritten Ausführungsbeispiel handelt es sich ebenfalls um einen Ölbrenner 11, bei dem lediglich im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Kernflamme 22 in 2-Stufen gebildet wird, nämlich über eine die erste Stufe bildende Ölzerstäuberdüse 23 und eine zweite für eine zweite Stufe der Kernflamme 22 vorgesehene Ölzerstäuberdüse 24. Die Versorgung mindestens einer dieser Ölzerstäuberdüsen 23 oder 24 erfolgt über ein nicht näher dargestelltes Magnetventil, wie auch dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 entnehmbar, während die andere Ölzerstäuberdüse für eine erste Stufe gemeinsam mit den Ölzerstäuberdüsen 12 mit Heizöl versorgt werden kann. Auf diese Weise kann je nach Programm eine Minimalkernflamme erzeugt werden und nach Zuschaltung der zweiten Ölzerstäuberdüse eine maximale Kernflamme. Der Vorteil bestände vor allem in dem Einsparen einer Mengensteuervorrichtung bei der Versorgung der Zentraldüse für einen mehrstufigen Betrieb der Zentralflamme.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen sogenannten Kombibrenner 25, der stark verkleinert und im Längsschnitt dargestellt ist. Bei einem Kombibrenner wird sowohl Gas als auch Öl als Brennstoff verheizt, wobei die Kombination in unterschiedlichster Art erfolgen kann. Bei dem gezeigten Beispiel wird die Kernflamme 26 durch Heizöl und eine Ölzerstäuberdüse 27 erzeugt, während die Hauptflamme oder Hüllflamme 28 über eine Kombination von Gasdüsen 29 und kontrolliert, um in der Ölleitung 20 vor der Zentraldüse 14 einen für die Kernflamme erforderlichen Öldruck zu kontrollieren. Die Ölleitung 20 mündet stromab des Ölmengenreglers 44 in die Rücklaufleitung 45.

Von der Hauptleitung 37 zweigt die Ölleitung 16 ab, die durch das Magnetventil 17 gesteuert ist und zu den einzelnen - hier vier - Ölzerstäubungsdüsen 12 führt. Wird das Magnetventil 17 geöffnet, so öffnen sich automatisch unter Öldruck die hydraulisch betätigten Nadelabsperrventile 65, welche am Eingang zu den Brennerlanzen 31 angeordnet sind. Die Rücklaufleitungen dieser die einhüllende Hüllflamme bewirkenden Ölzerstäubungsdüsen 12 münden in eine Rücklaufleitung 48, in der ein Ölmengenregler 49 zur Einstellung der die Hüllflamme bildenden einzuspritzenden Ölmenge angeordnet ist, wobei die Einstellung über einen Stellmotor 50 erfolgt. Auch hier kann es so sein, dass die einzuspritzende Ölmenge gemäß einem sich ändernden Leistungsbedarf änderbar ist - es ist aber auch denkbar, dass eine bestimmte Leistung eingehalten werden soll und die einzuspritzende Ölmenge dem angepasst wird. Stromauf dieses Ölmengenreglers 49 ist der Druck in der Ölleitung 48 über ein Öldruckmanometer 51 kontrolliert, während stromab des Ölmengenreglers 49 ein Druckschalter 52 den Druck in der Rücklaufleitung 45 beider Ölleitungen 20 und 48 überwacht. In der Rücklaufleitung 45 sind außerdem zwei Magnetventile 53 angeordnet, die bei Brennerstillstand geschlossen sind. Ein stromlos öffnendes Magnetventil 66 sorgt im Brennerstillstand für Druckausgleich über den Sicherheitsrücklauf 67 und lässt Druckspitzen im geschlossenen Hydrauliksystem bei Erwärmung sicher abbauen. Mit Hilfe dieses hydraulischen Schaltplanes kann unter Verwendung eines vorgegebenen elektrischen Programmes, welches sowohl die Magnete der Magnetventile als auch die Stellmotoren der Ölmengenregler erfasst, eine äußerst günstige Flammenqualität erzielt werden, bei der eine größere Hüllflamme vorhanden. ist mit einer kleineren Kernflamme und Erzielung einer Rezirkulation des Abgases bei der kleinerer Kernflamme.

In Fig. 6 ist ein hydraulischer Schaltplan für einen Ölbrenner dargestellt, wie er als Ausführungsbeispiel in Fig. 3 gezeigt ist. Auch hier werden deshalb für die in Fig. 6 gezeigten entsprechenden Gegenstände die gleichen Bezugszahlen verwendet wie in Fig. 3, soweit es von dort übernommene Gegenstände betrifft. Auch hier wird über eine Ölpumpe 18 aus einem Öltank 19 und eine Hauptleitung 37 Heizöl unter Druck in einen Verteiler 54 gepumpt, wobei in dieser Hauptleitung 37 das Hauptmagnetventil 41 zur Zu- und Abschaltung des Verteilerblocks 54 angeordnet ist. Der Druck in der Hauptleitung 37, bzw. dem Verteilerblock 54 kann über ein Manometer 55 überprüft werden. Der Verteilerblock 54 ist außerdem mit zwei Druckschaltern verbunden, nämlich einem Maximaldruckschalter 56 und einem Minimaldruckschalter 57. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Druck im Verteilerblock 54 jenen für die Feuerung erforderlichen Größen genügt.

Von dem Verteilerblock 54 führt eine über ein Magnetventil 58 gesteuerte Druckleitung 59 zu einem Verteilerblock 60, von dem die zu den Ölzerstäuberdüsen 12 führenden Ölleitungen 16 abzweigen. Über das Magnetventil 58 ist somit die Haupt- oder Hüllflamme zu-, bzw. abschaltbar. In den Düsen 12 sind zudem hydraulisch betätigbare federbelastete Absperrventile angeordnet, die nur unter entsprechendem Überdruck des zugeführten Heizöls öffnen.

Von dem Verteilerblock 54 führen zwei zusätzliche Druckleitungen 61 und 62 zu den Ölzerstäuberdüsen 23 und 24, um eine zweistufige Kernflamme zu bilden. Die erste Stufe wird über ein Magnetventil 63 in der Ölleitung 61 gesteuert, während die zweite Stufe über ein Magnetventil 64 in der Ölleitung 62 zuschaltbar ist. Die Funktion dieses in Fig. 6 dargestellten Hydraulikplans ist im übrigen mit der Beschreibung zu Fig. 3 erläutert.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1 Gasbrenner

2 Querschnittsebene

3 Gasdüsen

4 Hüllflamme (Außenflamme)

5 Gasdüse

6 Kernflamme

7 Gasleitung

8 Gasventil

9 Gasleitung

10 Gasventil

11 Ölbrenner

12 Ölzerstäubungsdüse

13 Hüllflamme

14 Zentraldüse

15 Kernflamme

16 Ölleitungen

17 Magnetventil

18 Ölpumpe

19 Öltank

20 Ölleitung

21 Regelventil

22 Kernflamme

23 Ölzerstäuberdüse

24 Ölzerstäuberdüse

25 Kombibrenner

26 Kernflamme

27 Ölzerstäuberdüse

28 Hüllflamme Gasdüsen Ölzerstäuberdüsen Lanzen Gaszuieitungsrohre Gasverteilerrohr Gasversörgungsrohr Lanze Zone mit interner Rezirkulation Hauptleitung Manometer Öldruckwächter maximaler Druck Öldruckwächter minimaler Druck Hauptmagnetventil Saugleitung Rücklaufleitung Ölmengenregler Rücklaufleitung Stellmotor Druckmanometer Rücklaufleitung Ölmengenregler Stellmotor Öldruckmanometer Druckschalter Magnetventile Verteilerblock Manometer Maximaldruckschalter Minimaldruckschalter Magnetventil Druckleitung Verteilerblock Ölleitung Ölleitung Magnetventil Magnetventil hydraulisches Nadelabsperrventil stromlos öffnendes Magnetventil Sicherheitsrücklauf

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Verbrennen von flüssigen und/ oder gasförmigen Brennstoffen unter Zuführung von Verbrennungsluft sowie mit oder ohne rückgeführtem Abgas,

- mit mindestens einer in Bezug auf einen Flammraum (Flammrohr) weitgehend zentral angeordneten, über eine zentrale Brennstoffdüse (5, 14, 23, 24) (Gas oder Öl) und einer dieser Brennstoff düse zugeordneten Luftmischeinrichtung der Verbrennungsluftzufuhr gebildeten Kernflamme (6, 15, 22, 26),

- mit einer um diese Kernflamme mit Abstand über mehrere Außenbrennstoffdüsen (3, 12, 29, 30) (Gas oder Öl) und einer diesen Düsen zugeordneten Luftmischeinrichtung der Verbrennungsluftzufuhr gebildeten Hüllflamme (4, 13, 28) und

- mit Steuerung der Brennstoffzufuhr zu den Düsen, dadurch gekennzeichnet,

- dass während des Verbrennungsbetriebs die Brennstoff- und/oder Verbrennungsluftzufuhr zur Kernflamme oder zur Hüllflamme unabhängig voneinander änderbar ist,

- dass durch eine solche Änderung das Größenverhältnis der Flammen zueinander änderbar ist und

- dass dadurch mindestens die Kernflamme durch variable Gestaltung modellierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Brennstoffzufuhr mindestens zur Kernflamme (22) in Stufen erfolgt, so dass die Kernflamme in Stufen modellierbar ist (Fig. 3 und 6) .

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Brennstoffzufuhr zur Kernflamme (6, 15) (Fig. 1, 2, 4 und 5) kontinuierlich (stufenlos) erfolgt, so dass die Kernflamme kontinuierlich modellierbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Brennstoffzufuhr zur Kernflamme im Verhältnis jener zur Hüllflamme eine zentrale Rezirkulation von Abgas erzielbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rezirkulation der Kernflamme eine Kühlung im Bereich von deren Flammenwurzel erzielbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Brennstoffzufuhr zu der Kernflamme unabhängig von jener zu der Hüllflamme erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllflamme auf eine kontinuierliche Leistung einstellbar ist, hingegen die Brennstoffzufuhr zur Kernflamme während des Betriebes gegensätzlich änderbar ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezirkulation der Kernflamme auf deren Abgasseite aufgrund des Größenverhältnisses von Hüllflamme zu Kernflamme bewirkt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernflamme mittels mindestens zwei unabhängig voneinander mit einem Brennstoff oder unterschiedlichen Brennstoffen versorgbaren Düsen gebildet wird (Fig. 3 und 6).

10. Gebläsebrenner (1, 11, 25) für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, zum Einsatz an einem einen Flammraum aufweisenden Heizkessel und/ oder einem zur Brennstoffluftmischung und Flammenformung dienenden Flammrohr, mit mehreren zur Bildung einer Hüllflamme (4, 13, 28), weiter außen im Flammrohr und vorzugsweise kreisförmig angeordneten Brennstoffdüsen (Außendüsen)

(3, 12, 29, 30) (Öl oder Gas), mit mindestens einer Brennstoffleitung (7, 16, 31, 32) zu den Außendüsen, mit mindestens einer innerhalb der Anordnung der

Außendüsen zur Bildung einer Kernflamme (6, 15, 22,

26) weitgehend zentral angeordneten

Zentralbrennstoffdüse (5, 14, 23, 24) (Zentraldüse) (Öl oder Gas), mit einer von der zu den Außendüsen führenden

Brennstoffleitung (7, 16, 31, 32) unabhängigen

Brennstoffleitung (9, 20, 35, 61, 62) zu der Zentraldüse und mit unabhängigen Steuereinrichtungen (Ventilen 8, 10, 17, 21, 41, 53, 63, 64, 66) in den zur Zentraldüse und den Außendüsen führenden Brennstoffleitungen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuereinrichtungen Ventile dienen, welche gemäß einem vorgegebenen Programm insbesondere elektrisch (magnetisch) und/ oder hydraulisch betätigbar sind.

11. Gebläsebrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Zentraldüse eine Ölzerstäuberdüse (14, 27) dient und dass das über eine Ölpumpe (18) unter Druck (39, 40) geförderte Heizöl über ein Magnetventil oder Regelventil (21) zu- und absteuerbar ist.

12. Gebläsebrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffleitung stromab der Ölpumpe (18) ein Ölmengenregler (44) angeordnet ist.

13. Gebläsebrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölmengenregler (44) in einem Rücklauf (45) der Ölpumpe (18) stromab der Abzweigung zur Zentraldüse (14) angeordnet ist.

14. Gebläsebrenner nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Hüllflamme (4, 13, 28) Ölzerstäuberdüsen (12, 30) und/ oder Gasdüsen (3, 29) vorgesehen sind.

15. Gebläsebrenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Brennstoffleitungen zu den Gasdüsen zur Steuerung der Brennstoffzufuhr mindestens ein Magnetventil angeordnet ist.

16. Gebläsebrenner nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer abstufbaren Kernflamme zwei Zentraldüsen mit unabhängigen Brennstoffleitungen vorgesehen sind und dass eine von diesen Zentraldüsen über ein in deren Brennstoffleitung angeordnetes Ventil steuerbar ist.