DE4208849A1 - Oelgeblaesebrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ölgebläsebrenner mit einem in einen Brennraum eines Kessels ausmündenden Brennerrohr zur Führung von Verbrennungsluft, einem im Brennerrohr stehenden Düsenstock, an dessen freiem Ende eine gegen die Ausmündung des Brennerrohres gerichtete Brennstoffdüse sitzt und mit einem im Brennerrohr befindlichen Stauelement.

Zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas eines mit einem Ölgebläsebrenner beheizten Kessels ist es bekannt, einen Teil der Abgase aus dem Brennraum bzw. einem Abgasraum des Kessels abzuleiten und erneut der Verbrennungszone zuzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stickoxid- Reduzierung bei Ölgebläsebrennern entscheidend zu verbessern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch wenigstens einen von einem Abgasraum des Kessels, insbesondere dem Brenn­ raum, zur Brennstoffdüse führenden, in sich geschlossenen Ab­ gaskanal.

Bei dem erfindungsgemäßen Ölgebläsebrenner wird mittels des geschlossenen Abgaskanals rezirkulierendes unvermischtes Abgas gezielt in die unmittelbare Nähe des aus der Düse ver­ sprühten Ölnebels gebracht, was im wesentlichen zwei Vorteile ergibt.

Zum einen wirken sich die über den geschlossenen Abgasweg zugeführten heißen Gase förderlich auf den Verdampfungsprozeß der Ölnebel-Tröpfchen aus, was den gesamten Verbrennungsprozeß verbessert.

Zum zweiten wird der Sauerstoff-Partialdruck im für die Verbrennung besonders kritischen Kernbereich der Flamme ge­ senkt, was zu einer Reduzierung der Verbrennungstemperatur im Flammenkern und somit zu einer Verringerung der thermischen NO_x-Bildung führt.

Die Anordnung der Abgaskanäle kann so erfolgen, daß ihre Austrittsenden konzentrisch zur Brennerdüse angeordnet sind und dabei in eine die Brennstoffdüse konzentrisch umgebende Öffnung eines an sich bekannten Stauelementes hineinragen.

Eine bevorzugte zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß ein in sich geschlossener Abgaskanal vom außerhalb des Bren­ nerrohres liegenden Bereich in das Brennerrohr zum Nahbereich der Brennstoffdüse geführt ist und dabei z. B. einen Endab­ schnitt des Düsenstockes in Form eines konzentrisch angeord­ neten Rohres umgibt, und dadurch mit einem ringförmigen Spalt an der Brennstoffdüse ausmündet.

Ein in sich geschlossener Abgaskanal ist nach einer wei­ teren besonders zweckmäßigen Ausgestaltung dadurch gebildet, daß mehrere Abgaskanäle in einen auf den Düsenstock sitzenden und diesen konzentrisch umgebenden Topf münden, der zur Brenn­ stoffdüse hin offen ist. Der Weg des Abgases vom Abgasraum zum Nahbereich der Düse ist damit bis zum Austritt des Abgases im Nahbereich der Düse gegenüber im Verbrennungsrohr strömender Verbrennungsluft abgeschirmt. Die offene, der Brennstoffdüse zugekehrte Seite des Topfes ragt zweckmäßigerweise in eine die Brennstoffdüse konzentrisch umgebende Öffnung des Stauelemen­ tes hinein und ist verjüngt. Durch die im Brennerrohr strömen­ de Verbrennungsluft wird somit im Bereich des Austritts der offenen Mündung des Topfes eine injektorähnliche Saugwirkung hervorgerufen, durch die vom Abgasraum über den geschlossenen Abgaskanal Abgas in den Nahbereich der Brennstoffdüse gesaugt wird. Mehrere Abgaskanäle, die in einen auf dem Düsenstock sitzenden Topf münden, sind bevorzugt als etwa radial vom Topf abstehende Rohrstutzen ausgebildet. Im Mantel des Brennerroh­ res sind Durchbrüche angeordnet, von denen jeder zu einer Ein­ mündung je eines im Brennerrohr befindlichen, zur Brennstoff­ düse führenden Abgaskanals, bzw. Rohrstutzens, etwa kongruent ist. Eine weitere vorteilhafte Anordnung zur Förderung von Ab­ gas wird durch Drallelemente im Verbrennungsluftstrom er­ reicht. Diese können z. B. als radial verlaufende Schlitze im Stauelement oder als Leitschaufeln auf dem Mantel des Topfes ausgeführt sein. Die so in kräftigen Drall versetzte Verbren­ nungsluft erzeugt an der Austrittsöffnung des Topfes eine Un­ terdruckzone zur Förderung von Abgas durch die Abgaskanäle.

Der Topf und die Abgaskanäle können in einer als Gußteil ausgebildeten abgasführenden Baueinheit integriert sein. Dies vermindert Bau und Montageaufwand. Die Baueinheit kann aus­ wechselbar im Brennerrohr bzw. am Düsenstock angeordnet sein. Die gesamte Baueinheit kann z. B. aus Druckguß gefertigt sein und auch verschiebbar auf dem Düsenstock angeordnet werden, um eine Einstellung der Ausmündungen der Abgaskanäle im Nahbe­ reich der Brennstoffdüse so vornehmen zu können, daß ein opti­ maler Brennerbetrieb gewährleistet ist.

Darüber hinaus kann in vorteilhafter Weise auch das Stau­ element als eine an der Abgas zur Brennstoffdüse leitenden Baueinheit befestigte Scheibe ausgebildet sein. Dabei kann die Anordnung so gewählt sein, daß die offene Seite des Topfes im Nahbereich der Brennstoffdüse einen die Brennstoffdüse umge­ benden Ringspalt ausbildet und mit einem entsprechend verjüng­ ten Abschnitt in eine Zentralöffnung in der Scheibe hinein­ ragt, so daß sich eine Injektorwirkung aufgrund der durch die Zentralöffnung in der Scheibe strömenden Verbrennungsluft einstellt. Zur intensiven Vermischung von Abgas mit der Ver­ brennungsluft kann die Scheibe auch mehrere radial verlaufende Schlitze oder Reihen von Durchbrüchen aufweisen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht Drosselein­ richtungen in den Abgaskanälen vor. So kann z. B. durch Ver­ schieben der Abgaskanäle gegenüber den Durchbrüchen im Bren­ nerrohr der Querschnitt der Durchbrüche teilweise abgedeckt werden, und damit der Abgasstrom gedrosselt werden.

Die Drosselung des Abgases kann vorteilhaft in Abhängig­ keit vom Betriebszustand des Brenners gesteuert werden, z. B. in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur. Insbesondere im kalten Zustand kann eine zu starke Zumischung von Abgas den Verbrennungsprozeß störend beeinflussen. So ist es vorteil­ haft, die beigemischte Abgasmenge beim Kaltstart gering und bei erreichter Brennerbetriebstemperatur höher zu dosieren.

Eine zweckmäßige Ausführung kann z. B. durch Bimetall ge­ steuerte Klappen im Abgaskanal oder am Durchbruch des Bren­ nerrohres vorsehen.

Im kalten Zustand drosselt die Klappe stark oder ver­ schließt den Durchbruch. Bei steigender Betriebstemperatur gibt die Klappe einen größeren Abgasstrom frei.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung darge­ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 den abgasraumseitigen Teilbereich eines Ölgebläse­ brenners im Schnitt,

Fig. 2 eine Ansicht des Teilbereiches im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilbereich eines Ölgebläsebrenners gemäß ei­ ner zweiten Ausführungsform im Schnitt und

Fig. 4 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 3.

In Fig. 1 ist der dem Brennraum zugekehrte Teilbereich eines Ölgebläsebrenners im Schnitt dargestellt. Das Brenner­ rohr 1 weist an seinem offenen Ende 2, mit dem es in einen nicht weiter dargestellten Brennraum z. B. eines Kessels aus­ mündet, einen verengenden Abschnitt 3 auf. Konzentrisch im Brennerrohr ist ein Düsenstock 4 gehalten, durch den Brenn­ stoff zu einer am freien Ende des Düsenstockes sitzenden Brennstoffdüse 5 geleitet wird. In Richtung der Pfeile 6 strömt durch das Brennerrohr 1 von einem hier nicht weiter dargestellten Gebläse eingedrückte Verbrennungsluft. Auf dem Düsenstock 4 sitzt ein Topf 7, der den Düsenstock 4 konzen­ trisch umgibt und der zur Brennstoffdüse 5 hin offen ist. Die offene, der Brennstoffdüse 5 zugekehrte Seite des Topfes 7 ragt in eine die Brennstoffdüse 5 konzentrisch umgebende Öff­ nung 8 eines als Scheibe ausgebildeten Stauelementes 9 hinein und ist verjüngt. Das Stauelement 9 wird über Stege 10 am sich verjüngenden Abschnitt 11 des Topfes 7 gehalten.

Vom Topf stehen radial Rohrstutzen 12 ab. Im Mantel des Brennerrohres 1 sind Durchbrüche 13 angeordnet. Jeder Durch­ bruch 13 kongruiert mit einem darunter befindlichen Rohrstut­ zen 12. In der Wand des Topfes 7 befinden sich gleichartige Durchbrüche 14.

Durch die Durchbrüche 13 und 14 strömt vom Abgasraum eines Kessels in Richtung des Pfeiles 15 Abgas in die Rohrstutzen 12 und den Topf 7, so daß die Rohrstutzen 12 zusammen mit dem Topf 7 in sich geschlossene Abgaskanäle bilden, über die das Abgas unvermischt dem Nahbereich der Brennstoffdüse 5 zuge­ führt wird.

Der Topf 7 mit den radial abstehenden Rohrstutzen 12 ist in zweckmäßiger Weise als abgasführende Baueinheit, z. B. in Form eines Gußteiles ausgebildet. Beispielhaft und schematisch ist an dem oberen Durchbruch 13 eine Bimetall-Klappe 17 zur temperaturgesteuerten Drosselung des Abgasstromes dargestellt. Die als Bimetallstreifen ausgebildete Klappe 17 ist am Bren­ nerrohr befestigt.

In kaltem Zustand verschließt die Klappe 17 den Durchbruch 13, mit zunehmender Temperatur wird der Bimetallstreifen sich durchbiegen und den Durchbruch freigeben. Die Lage des Bime­ tallstreifens ist hier im warmen Zustand dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht entsprechend Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie II-II. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Fig. 2 verdeutlicht die radial abste­ henden Rohrstutzen 12, die zusammen mit dem Topf 7 in sich ge­ schlossene Abgaskanäle ausbilden, über die vom Außenbereich des Brennerrohres 1 , dem Brennraum oder einem Abgasraum des Kessels Abgas zum Nahbereich der am Düsenstock 4 sitzenden Brennstoffdüse 5 geführt wird.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform im Schnitt dar­ gestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen be­ zeichnet. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ragt die offene Seite des Topfes 7 im Nahbereich der Brenn­ stoffdüse 5 zwar auch durch eine Öffnung des Stauelementes 9, jedoch ist dabei eine abdichtende Anlage zwischen Stauelement 9 und Topf 7 gegeben, so daß ein eine Injektorwirkung hervor­ rufender Ringspalt, wie er in Fig. 1 sichtbar ist, hier nicht gegeben ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist je­ doch die von der Verbrennungsluft angeströmte Fläche des Stau­ elementes 9 mit etwa radial verlaufenden Schlitzen 15 verse­ hen, die so aufgebogen sind, daß die anströmende Verbrennungs­ luft beim Durchtritt durch die Schlitze 15 abgelenkt und in eine um die Längsachse gerichtete Drallströmung versetzt wird, die ebenfalls zu einer Ansaugung von Abgas aus dem Topf 7 führt.

Dies verdeutlicht auch Fig. 4, die eine Seitenansicht zeigt, wobei die Ablenkung und Verwirbelung aufgrund der Schlitze 15 durch die Pfeile 16 angedeutet ist.

Claims (15)

1. Ölgebläsebrenner mit einem in einen Brennraum eines Kessels ausmündenden Brennerrohr zur Führung von Verbrennungs­ luft, einem im Brennerrohr stehenden Düsenstock, an dessen freiem Ende eine gegen die Ausmündung des Brennerrohres ge­ richtete Brennstoffdüse sitzt und mit einem im Brennerrohr be­ findlichen Stauelement, gekennzeichnet durch wenigstens einen vom Abgasraum, insbesondere dem Brennraum des Kessels zur Brennstoffdüse (5) führenden, in sich geschlosse­ nen Abgaskanal.

2. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Abgaskanäle mit ihren Austrittsenden konzen­ trisch zur Brennstoffdüse (5) angeordnet sind.

3. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Austrittsenden der Abgaskanäle in eine die Brenn­ stoffdüse (5) konzentrisch umgebende Öffnung (8) im Stauele­ ment (9) hineinragen.

4. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Abgaskanäle in einen auf dem Düsenstock (4) sitzenden und diesen konzentrisch umgebenden Topf (7) münden, der zur Brennstoffdüse (5) hin offen ist.

5. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die offene, der Brennstoffdüse (5) zugekehrte Seite des Topfes (7) verjüngt ist und in eine die Brennstoffdüse (5) konzentrisch umgebende Öffnung (8) des Stauelements (9) hin­ einragt.

6. Ölgebläsebrenner nach einem der Ansprüche 4 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle als etwa radial vom Topf (7) abstehende Rohrstutzen (12) ausgebildet sind.

7. Ölgebläsebrenner nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf (7) und die Abgaska­ näle in eine als Gußteil ausgebildete abgasführende Baueinheit integriert sind.

8. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Baueinheit auswechselbar im Brennerrohr (1) ge­ halten ist.

9. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Baueinheit auswechselbar am Düsenstock (4) gehal­ ten ist.

10. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Baueinheit verschiebbar auf dem Düsenstock (4) angeordnet ist.

11. Ölgebläsebrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauelement (9) als eine an der Abgas zur Brennstoffdüse (5) leitenden Baueinheit befe­ stigte Scheibe ausgebildet ist.

12. Ölgebläsebrenner nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel des Brennerroh­ res (1) Durchbrüche (13) angeordnet sind, und daß jeder Durch­ bruch (13) zu einer Einmündung je eines im Brennerrohr (1) be­ findlichen zur Brennstoffdüse (5) führenden Abgaskanals (Rohrstutzen 12) kongruent ist.

13. Ölgebläsebrenner nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Abgaskanälen Ein­ stelleinrichtungen zur Veränderung der rezirkulierten Abgas­ menge zugeordnet sind.

14. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstelleinrichtung ein temperaturgesteuer­ tes Regelelement aufweist.

15. Ölgebläsebrenner nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstelleinrichtung als mit einem Bimetall- Element betätigte Klappe (17) ausgebildet ist.