DE1751653A1 - Brenner fuer Emulsionen aus Heizoel und Wasser - Google Patents

Description

Paris VII , 29 Rue de Champs de Mars

Societe Anonyme dite Union Generale de Distribution de Produits PitrolieieU.G.D.

Paris VIIe, 12 Rue Jean Nicot (Frankreich).

Brenner für Emulsionen aus Heizöl und Wasser.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit mechanischer Zerstäubung, der mit oder ohne Rückführung eine Emulsion von flüssigem Brennstoff und Wasser herstellt und die Vergasung sowie die vollkommene B Verbrennung mit geregelter Geschwindigkeit der brennbaren Bestandteile ohne Verschmutzung durch Ruß oder ohne Rauchentwicklung selbst bei sehr kleinem Luftüberschuß (2 bis 10%) gewährleistet. Dadurch ergibt sich ein dauerndes Aufrechterhalten der Bedingungen einer optimalen Nutzleistung, einer Geschwindigkeitssteigerung des Wärmeaustausche durch Strahleng und Konvektion sowie eine Unterdrückung der Luftverunreinigung durch feste Rückstände.

Es ist bekannt, daß in der Mehrzahl der Regelungen der ölbrenner der Anteil an GO₂ im allgemeinen etwa 10 bis 13% und der entsprechende fiuftüberschuß etwa 55 bis 20% beträgt. Oft liegt auch die Meßzahl für die Undurchsichtigkeit des Rauches in der Größenordnung von 2 bis 6. Die vorgeschriebenen Reinigungen, der Kessel erreichen Zeiträume, die von einer bis zu fünf Wochen entsprechend de§ zu beachtenden Vorschriften laufen.

Die RußVerschmutzungen, die eine häufige Reinigung der Kessel oder der Wärmeaustauscher nötig machen, vergrößern die Unter-

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haltungs-

haltungskosten und begünstigen Anrostungen, die aus der Bildung schwefelhaltiger Säuren entstehen, die sich an den Weniger warmen Wänden kondensieren.

Sie besten Brenner bei industrieller Hegelung können 14 bis 14.5% GO₂ mit einem Meßwert für die Undurchsichtigkeit des Bauches von 2 bis 3 je nach Art des genutzten Heizöles erreichen, aber nur wenn man in die Brennkammer des Kessels Brennstoff entsprechend 2/3 oder 3/4 der Nennleistung des Kessels einführt· Wenn man dagegen den Gesamtbrennstoffbedarf zuführt, um dem Kess el die seiner Nennleistung entsprechende Energie zu geben, stellt man nach sehr kurzer Zeit einen Meßwert der Hauchdurchsichtigkeit fest, der nach den Vorschriften der Städte unannehmbar ist und eine sehr schnelle Bußverschmutzung der Bohre oder Sammler herbeiführt, die eine sehr häufige Beinigung erforderlich macht.

Die Erfindung hat die Aufgabe, diesen Nachteil zu beheben, und benutzt zu diesem Zweck die Verbrennung eines Heizöles, das mit Wasser emulsiert und mechanisch zerstäubt wird.

Die Erfindung behandelt ferner die Aufgabe, alle Typen der Brenner mit cmechanischer Zerstäubung der Erfindung anzupassen und neue Brenner zu entwickeln, ohne daß Konstruktionsnormen, Leistung, Pumpendruck, Antriebskraft der Motore, automatisches Ingangsetzen und Zündung durch Elektrizität oder Gas zu ändern sind.

Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, Brenner mit mechanischer Zerstäubung und automatischer Einschaltung für industrielle Zwecke zu entwickeln, um besondere Flammen zu erzeugen, die die Brennkammer ohne Stichflammen ausfüllen und eine neutrale, automatisch/^ kontrollierte Atmosphäre aufrecht erhalten.

Die Ofen können Schmelzofen für Metall·, Warmbehandlungsöfen zum Anlassen oder Härten mit direkter Flammenwirkung oder mit Muffel, Brennöfen für Erden oder Emaillen, Trockenkammeröfen, Autoklavenöfen, Teerwärmöfen, Kalkbrennöfen, Dolomitkochöfen, Bäckereiöfen, Fleischereiöfen usw. sein.

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Zusammenfassend geht die Erfindung von bekannten Brennern mit mechanischer Zerstäubung aus oder entwickelt solche Brenner und stattet diese mit einer Emul^iereinrichtung aus, damit der Brenner Heizöl oder Masut in Emulsion verarbeiten kann, wobei die Zerstäubung verbessert £und die vollständige Verbrennung des Kohlenstoffanteils der Kohlen-Wasserstoffe durch Vergasung erreicht wird.

Der Brenner enthält verschiedene bekannte Einrichtungen für die Zuführung der Verbrennungsluft: konische Teile zur Verteilung oder zur Druckregelung mit^oder ohne wendeiförmige Hüten, Platten mit Spalten zum Stabilisieren der Flamme λ an der Vorderkante des Brenners, Absperrorgane für die Luft vor oder hinter einer Turbine usw_e Diese Brennertypen sind für alle Leistungen sowie für alle Betriebsarten und Verwendungszwecke brauchbar· Dabei bietet die Anpassung einer Emulgierungseinrichtung an diese Bauarten der Brenner keine Schwierigkeiten bei verschiedenen Brennertypen·

Der Brenner nach der Erfindung kann mit einem Träger für die Einspritzdüse und mit einer festen Emulgierungseinrichtung ausgerüstet werden, so daß man in gewissen Fällen als Brennstoffe sehr leichte Kohlenwasserstoffe benutzen kann, die nur unstabile Emulsionen bilden können, z.B. Benzin, Petroleum oder Gasöl. λ

Die Verbrennung einer Emulsion von Öl in Wasser oder von V/asser in Öl gestattet unter geeigneten Bedingungen die vollständige Verbrennung des Kohlenstoffes im Heizöl, wobei die chemischen Reaktionen sich ändern. Die Anwesenheit des aus der Zersetzung des Wassers sich bildenden Wasserstoffs und des Sauerstoffs ändert sehr schnell die schweren Bestandteile im Inneren der Flamme in flüchtige Kohlenwasserstoffe, die leicht brennen. Wenn man jedes Tröpfchen als einen selbstständigen Feuerraum ansieht, werden die Reaktionsbedingungen, die zur vollständigen Vergasung erforderlich sind, in dem ganzen Flammenvolumen aufrecht erhalten. Dadurch unterdrückt die Erfindung· die Stichflammen des reinen Juasuts sowie die honen ir it abnehmender Temperatur in dem iuaiie, wie man sich

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von dem Brenner entfernt·

Der Gesamtanteil der Strahlungswirkung wird vergrößert und kann leicht sein Maximum erreichen, weil man den Luftüberschuß vollständig oder beinahe vollständig vermeiden kann. Dieser Vorteil ermöglicht die Erreichung der theoretischen Temperatur einer bestimmten Mischung, sei es, um das Maximum der möglichen Wärmeübertragung anzustreben,oder sei es, um eine genau kontrollierte Temperatur einheitlich aufrecht zu erhalten. Diese Temperatur hängt von dem Wasseranteil in der Emulsion ab.

™ Der Emulsionsbrenner mit mechanischer Zerstäubung nach der Erfindung gestattet also:

1. das Emulgieren von Kohlenwasserstoffen mit Wasser, ggfe ohne Rückführungskreislauf, wobei man einen üblichen Brenner benutzt und diesen mit einer Emulgierungseinrichtung versieht, die durch die vorhandene Pumpe versorgt wird, ohne daß die Leistung des Motors zu ändern ist;

2. die Zerstäubung der erfolgten Emulsion unter günstigen Bedingungen bei einer niedrigeren Temperatur als bei reinen Heizölen (z.B. bei schweren oder hochviskosen Heiaölen) und bei niedrigeren Drücken, oder bei Brennern,

ψ die mit einem Träger für die Einspritzdüse und die Emulgierungseinrichtung versehen sind, um Emulsionen aus sehr leichten Kohlenwasserstoffen (z.B. Benzin, Petroleum, oder Gasöl) zu verbrennen;

3. die Anwendung des Vergasungsvorganges des Kohlenstoffs durch vorhergehende Emulgierung bei einem Brenner mit mechanischer Zerstäubung zu dem Zweck, das Austreten fester Bestandteile in die Atmosphäre zu bekämpfen;

4. die Anwendung bekannter Eigenschaften bei der Verbrennung der Emulsionen aus flüssigen Brennstoffen und Wasser bei

- einer Verbrennung, bei der Flammen mit homogener einheitlicher Temperatur ohne Stichflammen erzeugt werden, die nach Belieben bei neutraler oder bei oxydierender Atmosphäre geregelt werden.

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Dieser Verteil gestattet die Ausgestaltung de?? Of en. oder der industriellen Trockenanlagen zu einen vollständig automatischen Betrieb bei Brennern mit mechanischer Zerstäubung. In diesem Falle ermöglicht die Erfindung eine nicht korrodierende, beinahe neutrale Atmosphäre (thermische Behandlung von Metallen, Verbrennung in Kesseln, Trockenanlagen, Autoklaven usw.) oder eine oxydierende Atmosphäre (Brennöfen, 3^handlung gewisser Stähle, Behandlung feuerfester Steife :isw_e)$

5. die Vergrößerung der Flammenstrahlung und das zuführen des Maximums der Energie zum Erreichen der Neu-leis^ung der Feuerung oder deren Überschreiten bei ti3--;,:~i"t^:8:. feuerungen, ohne die Durchsichtigkeit des Raue ι.-:■ -iu vergrößern. Dabei wird stets eine voilkoiLTier.e V?r^ur^nnuiig erreicht, wodurch man eine Leistungssteigeruar.- ic■„■ jfeuerung von 10 bis 30% 30 nach seiner Bauart erreichen kann;

δ* die VerwirkliehJrong der Verbrennung mit einem Linimum an Luftüberschuß sowie eine 'Verminderung der si laust, sv-jaw-iie haltiger Säuren, wobei man ggf. diese Saurer a;-r-?-" /eigabe von wasserlöslichen Stoffen zu dem Lnrulg:.: ώ;_;·'.> Wäaser vollständig neutralisieren kann ^ lie-e .;. ::■:": * reagieren aann bei der Verbrennung und b^i,¹.-.- ■-■ -^ra-.e Stoffe, die sicr; auf die Metallwände absetz -ir.:. :".', ι',ίη«

r-:;L yeliwereij Brennstoffen, die viel Schwefel enx-';,..'..\^:-:.z.· karji die Verbrennung in der Ozydatxonszone H^3(^ biiäer. _r r;'..f;'; diese £■;.:..uri-- kommt dann sogleich aiit äec: aktiven Aasse.i^'il ..n !,saltier und bildet SC₉ und HpO; sie kann au::L. ir.i" l;i. §e-Χ^ώΤίτίΐ:. oder suspendierten Zusä.tzen in der Emu- si.cu e...u ev^st^recneiiies neutrales balz bilden* Man .san:, a'i - ■■■■■■: '..,-,.* s L-äricV^y; laij Freiwerden von SC_n in der Atmospha.:;>- ".: ■.·.■■ ü.:.';.icy::er„ _s wenn mar- Heair.tionsstofi'e aur Neutralisier ■■ j ; -.:·■. Maße anwendet,,

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Träger für die Einspritzdüse, die miteinander verbunden sein können oder eine gesonderte Einspritzemulgierungseinrichtung, sowie die Zubehörteile zur Zerstäubung und eine an sich bekannte Regelung der Luftzuführung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung swi anhand der Zeichnung beschrieben, die aber den Erfindungsgedanken nicht begrenzen soll.

Der Brenner für Emulsionen aus Heizöl und Wasser besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Gehäuse 1, das im fe allgemeinen zylindrisch ist und mit Schrauben 2 abnehmbar an der Vorderseite des Ofens angebracht ist. Eine Emulgierungseinrichtung ist mit ihren Zuführungsleitungen 5 und einem Düsenträger 6 mit einer Einspritzdüse 7 verbunden, an den eine Rückflußleitung 8 angeschlossen ist. Diese Teile sind an einem Träger 9 befestigt, der als Kuppel, wie in der Zeichnung dargestellt ist, oder auch in anderer Form, z.B. als Kegelstumpf ausgestaltet sein kann. Die ganze Anordnung ist in dem Gehäuse 1 gleitbar gelagert, z.B. wie die Zeichnung zeigt, auf drei Gleitstiften 11, die um 120° versetzt sind, oder auf einer nicht dargestellten Gleitbahn. Sie kann durch eine hinten angeordnete Stellschraube 12 in der Achsrichtung des Gehäuses 1 verschoben werden.

Der Träger 9 kann mit einer oder mit mehreren Zündelektroden 13 und mit geneigten Leitblechen 14 versehen sein, die ggf. verstellbar sind. Das Gehäuse trägt eine Luftzuführung 16, die gegenüber der Gehäuseachse geneigt ist, z.B. tangential wie die Zeichnung zeigt. Dadurch tritt die Luft in einer wendelförmig wirbelnden Bewegung durch einen konvergierenden ringförmigen Spalt 20 in die Brennkammer ■ ein, die mit divergierenden wandungen versehen ist. Durch die Leitflächen 14 kann die Wirbelwirkung gesteigert werden.

Zur Beobachtung der Flamme ist ein Kanal 21 mit einem Schauloch oder einer fotoelektrischen Zelle 22 vorgesehen. Ggf. kann der Düsenträger 6 mit mehreren Einspritzrdüsen versehen sein, die symmetrisch angeordnet sind.

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Hacii der Zeichnung ist der Düsenträger, die Luftregelung und die TrageinricJb.tung als ein einheitliches Bauelement ausgebildet, das einen vollständigen Abbau von der Vorderseite des Brenners ermöglicht und so die Instandhaltung erleichtert.

Die xiegelung der Luftzufuhr wird durch Verschieben des beweglichen Einbaus gegenüber dem Gehäuse 1 ermöglicht. Dadurch wird der freie Durchgangsquerschnitt 20 verändert, der die Zuführung der zur Verbrennung benötigten Luft entsprechend der Austrittsmenge der Emulsion aus der Einspritzdüse 7 ermöglicht, der Flamme die gewüiachte Jona gibt und die Temperatur und Leistung regelt. Eine durch einen verstellbaren Anschlag begrenzte Stellung für die größte Leistung und ein aweiter Anschlag für die kleinste Leistung sind vorgesehen. Jie Verstellung kann fortlaufend je nach der gewünschten Leistung erfolgen. Das Ausmaß und die Art der Luftzuteilung bestimmen die Vergasung der Kohlenstoffe, die vollständig oder unvollständig, schnell oder langsam sein kann und von den physikalischen oder chemischen Bedingungen der xieaktionsverhäitnisse abhängt« Diese Bedingungen verändern sich je nach der im. Vergas-m^sraum auftretenden Temperatur, nach der Menge des mit des Brennstoff enr.ilgisrtsn 'ffaseers und der im ««"asser gelösten oder suspensierten Stoffe« 3o kann man lie ^ewiüischte Flamme, die Intensität der si lh. ergebenden Strahlung oder die Eildung brennbarer G-aae erreichen, wie si-'i i'iir den Brennvorgang oder die Behandlung in bestimmten Industrieofen ne nach dem Abstand von der Brennerspitze beiiotn.rt werden.

Bei normalen Betrieb eclilieüt sich di<? Flamme an die Spitze des Brenners an> Dabei findet die vollständige Vergasung des Kohlenstoffes während des abgegrenzten Durchganges durch lie Brennkammer '»6 statt. Die Forir der Brennkammer hängt von iem Winkelwert ab, der aus der Verweigerung des Endkonus der kuppel 9 und dem Druck der Luft te:.ii.>!^ wird, die als Verbrennungsluft durch den Spalt 20 emge.r^;1 ^t Trird« Im allgemeinen ergibt eine kegelstumpfförmige ^;.k;c .:altung, die sich der bekannten Venturiform nähert, gute Ergebnisse.»

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Bei kleineren Brennern für Hausheizungen sucht man oft nach einer Gestaltung, in der alle Steuer- und Zuführungsorgane mit dem Brennerkörper fest verbunden sind. In diesem falle tenn die Luftzuführung 16 durch eine Turbine oder einen Ventilator mit einem Antriebsmotor ersetzt werden; die Einrichtung kann auch mit den Steuerungsorganen und dem Zubehör für die Zuführung von Wasser und Heizöl verbunden sein. Ein Scharnier kann an dem Gehäuse 1 vorgesehen werden, durch das man leicht die Einspritzstelle und den vorderen Band des Brenners frei machen kann·

Der Brenner nach der Erfindung hat den Vorteil, das man fe eine neutrale Verbrennung und eine veränderliche Flammentemperatur entsprechend dem Verhältnis von Wasser und Heizöl erreichen kann. Dabei sichert man eine vollkommene Verbrennung und beseitigt einwandfrei unverbrannte Festteilchen· Ferner unterdrückt man bei schwerem Heizöl durch den hohem Anteil an COg (15 "bis 15»8%) die Gefahren der Korrosion und der Bildung von HpSO^.^Ferner ergibt der mögliche Zusatz von Calcium, Magnesium oder anderen Salzen als Lösung oder Suspension in dem Wasser je nach dem gewünschten Zweck neutrale Rückstände, die sich an die Asphalte oder andere Stoffe des schweren Heizöls· anlagern und so beinahe trockene Ablagerungen bilden, die den Ofen nicht verschmutzen.

Die auswechselbaren Teile bei Brennern im Haushalt und in der Industrie bleiben stets sauberj die Instandhaltung durch den Schornsteinfeger beschränkt sich auf einen einmaligen Arbeitsgang im Jahr anstelle einer laufenden Wiederholung, die nach einigen Tagen oder alle zwei Wochen stattfinden müßte. Andererseits führt die Sauberkeit der auswechselbaren Teile, die thermische Leitfähigkeit der Verbrennungsgase, die fSmulgierten Heizölen infolge des großen Wasseranteils höher ist als bei reinen Heizölen, die hohen Anteile an erreichtem 0O₂ und die niedrigen Abgastemperaturen dazu, daß der tatsächliche Wirkungsgrad sehr hoch ist. Dabei kommt man bis zu 95% des unteren Heizwertes ohne Wiedergewinnung der Abgaswärme· Andererseits ist die vollständige Vergasung - des Kohlenstoffes durch die Verbrennung des emulgierten

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Heizöles von der vollkommenen Zersetzung des Emulgierungswassers begleitet, die sich in dem Reaktionsgemisch als Wasserstoff und Sauerstoff bei seiner Entstehung auswirkt· Diese aktiven Elemente sind in Gegenwart des Kohlenstoffs reaktionswirksam, der im Augenblick des Orackvorganges der schweren Bestandteile des Heizöles entsteht. Die übliche Kette der unbeständigen Bestandteile, die sich beim Ablauf der Verbrennungsvorgänge bildet, wird also verändert, so daß die Vergasung des Kohlenstoffes vollständiger ist: die durch diese Art der Verbrennung des Heizöles erzeugte Flamme ist einer Gasflamme ähnlich und nähert sich der, die man mit Steinkohlengas oder Naturgas erhält· Dabei wird ein Wirkungsgrad erreicht, der im allgemeinen den besseren bekannten Wirkungsgraden beträchtlich überlegen ist. Es gibt keine unverbrannten Kleinteilchen mehrj der Kohlenstoff ist vollkommen in CO^ umgewandelte

Die Einheitlichkeit der Luftverteilung in der ersten Phase der Verbrennung bestimmt die Homogenität des Eeaktionsvorganges.

Die theoretische (temperatur des Brennbaren Gemisches wird dadurch erreicht, daß der maximale Anteil an GQ^ 15,6 bis 13$Q% ist. Zu diesem Zweck ist die aus Metall oder feuerfestem Material bestehende Kuppel 9 so gestaltet _t daß sie die Luft in der Flamme symmetrisch verteilt und an dem der Flamme am nächsten liegenden Ende zu rechtwinkligen oder kurvenförmigen Formen führt, die es ermöglichen«, den Luftstrom genau auf das Zentrum des Verbrennungsraumes 1? zu lenken« So bildet sich eine bleibende Zone des Unterdruckes rechts von der Einspritzdüse, die die zerstäubte brennbare Mischung in Sichtung auf den Vergasungsraum saugt _s was ein© vollkommene Verbrennung zur Folge hat.

Für den Fachmann ist offensichtlich, daß man ausgehend von. einem bekannten Brenner durch dessen Ausgestaltung gleich-» wertig© Ergebnisse wie die des vorstehend beschriebenen' Brenners erzielt, indem man auf der Außenseite des Brennex-@_s abgesehen von Brennern für sehr leichte "Kohlenwasserstoff©_s

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die Zuführungs einrichtungen und die Emulgierungseinrichtungen des Heizöles anfügt und die Verhältnisse der Verbrennung im Vergasungsraum anpaßt.

Es sei noch bemerkt, daß die benutzten Mittel nur Beispiele sind und die Erfindung nicht begrenzen. Der Fachmann kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, Abänderungen je nach dem Verwendungszweck vorsehen und die Ausführungsformen umgestalten»

Claims (5)

Patentansprüche.

1. Brenner für Emulsionen aus Heizöl und Wasser gekennzeichnet durch eine in den Zuleitungen (5) liegende Emulgierungseinrichtung (4), deren Austrittsleitung zu einer Einspritzdüse (7) führt, die an der Vorderseite eines Trägers (9) aus Metall oder feuerfestem Material liegt, der sich von der Einspritzdüse (7) aus kegelförmig zu der Brennkammer (17) erweitert.

2. Brenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmig ausgebildete Düsenkörper (6) auf der der Einspritzdüse (7) gegenüberliegenden Seite mit einer Bückflußleitung (8) versehen ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (7) in der Achse eines beispielsweise zylindrischen Gehäuses (1) liegt, das lösbar mit der Vorderseite (5) der Brennkammer (17) verbunden ist und die Zuleitungen (5) für Brennstoff und Wasser sowie für die Verbrennungsluft

(16) trägt.

4* Brenner nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger (9) und der inneren Wand des Gehäuses (1) ein ringförmiger Spalt (20) für den Zutritt der Verbrennungsluft vorgesehen ist, der sich mit konvergierender 'wandung (18) an die mit divergierender Wandung (19) gestaltete Brennkammer

(17) anschließt·

5. Brenner nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt (20) Leitbleche (14) für den Zutritt der Luft vorgesehen sind, die die tangential in das Gehäuse (1) eingeführte Luft in wendelförmig wirbelnder Strömung der Brennkammer (17) zuführen.

6· Brenner nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (9) mit der Düse (7)» eier Εκ-Igierungseinrichtung (4) und den Zuleitungen (5) in Richtung dar Achse des Gehäuses durch eine Stellschraube (12) verstellbar ist, wobei er auf

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Führungsschienen oder auf drei um 120° zueinander versetzten Stiften (11) gleiten kann.

7· Brenner nach Anspruch 1 bis 6 gekennzeichnet durch einen in die Brennkämmer (17) führenden Kanal (21), der die Beobachtung der Flamme durch eine fotoelektrische Zelle (22) mit entsprechenden Steuerorganen oder di Schauglas ermöglicht·

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