DE2438391A1

DE2438391A1 - Brenner

Info

Publication number: DE2438391A1
Application number: DE2438391A
Authority: DE
Inventors: Jacques Bouvin
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1973-08-07
Filing date: 1974-08-07
Publication date: 1975-02-27
Also published as: BE877619Q; GB1479686A

Description

Brenner

Die Erfindung betrifft Brenrier für flüssige Brennstoffe sowie ein Verfahren zum Verbrennen derselben und insbesondere Brenner bzw. Brennverfahren zur Erzeugung geringer oder mittlerer Wärmemengen z.B. für Zentralheizungssysterne in Häusern.

Als Brenner mit niedriger oder mittlerer Heizleistung oder für Zentralheizungen werden entweder Zerstäubungsbrenner oder Verdampfungsbrenner verwendet. Die allgemein bei Zentralheizungen verwendeten Zerstäubungsbrenner haben den Nachteil, daß sie nur unter erheblicher Geräuschentwicklung arbeiten und beispielsweise in einem Abstand von einem Meter einen Lärmpegel von 72 dB (B) haben. Zerstäubungsbrenner können zwar fein eingestellt werden, jedoch bildet sich leicht eine leuchtende Flamme mit entsprechendei Rußablagerung im Kessel und im Abgasrohr.

5098ΰ37 08 U

Zu den Verdampfungsbrennern gehören die statischen Brenner oder Schalenbrenner, in denen das öl durch Kontakt mit erhitzten Wänden einer perforierten Verdampfungsschale, durch welche Luft durchgeleitet wird, verdampft wird; ferner dynamische Brenner oder Kammerwand-Brenner, bei denen der Brennstoff mittels eines rotierenden Verteilers auf die V/ände einer heißen Kammer geschleudert wird. Der Ölfilm an der heißen Kammerwand wird dann durch die dort vorhandene Luft gezündet bzw. verbrannt. Die Verdampfungsbrenner arbeiten verhältnismäßig leise, haben eine etwas beschränkte Leistung und erzeugen leicht rußende Flammen. Beim Anlassen und Abschalten entsteht eine erhebliche Rauchentwicklung. Bei anderen Verdampfungsbrennern ist die Verdampfungskammer von der Brennkammer getrennt und die Temperatur der Verdampfungsfläche wird verhältnismäßig hoch, meist über kjO⁰ C gehalten, auch wenn der Brenner keine Y/ärme erzeugt. Das verdampfte öl wird durch einen Luftstrom von der Verdampfungskammer in den Hauptluftstrom geleitet und bildet die brennbare Mischung, die in der Brennkammer neben der Verdampfungskammer verbrennt und dabei die Temperatur der Verdampfungskammer auf über ^30° C hält. Diese Abwandlung eines Schalen-Verdampfungsbrenners hat eine bessere und variablere Leistung, zeigt jedoch in der Verdampfungskammer Koksbildung und hat den Nachteil, daß beim Anlassen und Abschalten Ruß und Rauch entwickelt werden.

509809/0814 - 3 -

Darüber hinaus arbeiten beide Brennertypen mit einem Luftüberschuß, wodurch die wiedergewinnbare Heizleistung auf ein Maximum von 85 % bei Zerstäubungsbrennern und 70 % bei Verdampfungsbrennern reduziert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brenner bzw. eine Brennereinrichtung bzw. ein Verfahren zum Verbrennen von flüssigen Brennstoffen vorzuschlagen, welches nicht die oben erwähnten Nachteile besitzt.

Die Erfindung betrifft in einer Hinsicht einen Brenner zum Verbrennen von normalerweise flüssigem Brennstoff und ist dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Verdampfen eines flüssiges Brennstoffes ohne Kontakt mit Luft, Mittel zum Zuführen von Verbrennungsluft, ein Ejektor, durch welchen die Verbrennungsluft strömt und in welchem der verdampfte flüssige Brennstoff in die' Verbrennungsluft eingeleitet wird, und ein Brennerrohr vorgesehen sind, in dessen stromaufwärts gelegenem Ende das Gemisch aus Verbrennungsluft und verdampftem Brennstoff von dem Ejektor durchtritt, und von dessen stromabwärts gelegenem Ende die Mischung in den Raum abgeleitet wird, in dem die Mischung verbrannt wird.

Vorzugsweise ist die thermische Leitfähigkeit des Brennrohres so, daß die Temperatur der Innenwand desselben in

509809/081A

einem Bereich von 150 bis ¹IOO und vorzugsweise von 200 bis 350° C gehalten wird, um eine Kondensation des verdampften Brennstoffes an der Innenwand zu vermeiden.

Vorzugsweise soll das Gemisch aus Luft und verdampftem Brennstoff, das das Brennerrohr verläßt, etwa 100 % des für die vollständige Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs enthalten, und zwar für die Verbrennung des verdampften Brennstoffes unmittelbar stromunterhalb des stromabwärts gelegenen Endes des Brennerrohres.

Bei bestimmten Einsatzzwecken, beispielsweise bei Wassererhitzern und öfen, kann der Sauerstoffgehalt der Luft/Öldampf-Mischung im Bereich von 80 bis 100 % des stöchiometrischen Wertes liegen, da derartige Vorrichtungen so konstruiert sind, daß eine angemessene Menge Sekundärluft vorgesehen ist, um eine vollständige Verbrennung zu begünstigen, wobei große Wärmewiedergewinnung und geringe Rußbildung ermöglicht werden. Wenn die Mischung jedoch in einem geschlossen Raum verbrannt wird, beispielsweise in der Mitte eines Wassererhitzers, so soll der Sauerstoffgehalt vorzugsweise in einem

Bereich von 100 bis 120 % der stöchiometrisch erforderlichen Menge liegen.

Wenn das Luft/Öl-Gemisch, das durch Mitnahme des öldampfes in der durch den Ejektor strömenden Luft erzeugt wird,

5 0 9809/08U

zuviel Brennstoff enthält oder fett zu werden neigt, kann an dem Ejektor eine öffnung vorgesehen werden, die von einer vollständig geschlossenen bis zu einer vollständig offenen Stellung einstelllbar ist, um zusätzliche Luft zuzuführen und somit das gewünschte Mischungsverhältnis zu erhalten.

Der Ejektor kann ein einstufiger Ejektor sein, in dem öldampf und Luft in der gleichen Mischkammer mitgerissen werden; der Ejektor kann auch ein zweistufiger oder mehrstufiger Ejektor sein, bei dem die erste oder stromoberhalb gelegene Stufe mit dem Verdampfer in Verbindung steht und die zweite oder stromunterhalb gelegene Stufe mit der Eintrittsöffnung für Sekundärluft oder zusätzliche Luft in Verbindung steht, so daß die zusätzliche Luft von dem Luft/Öldampf-Gemisch mitgerissen wird.

Die Saugwirkung des Ejektors in dem Verdampfer verringert den' Verdampfungsdruck und damit auch ein Kracken des Brennstoffes. Die Verdampfung kann dadurch begünstigt werden, daß man Verbrennungsgase von der Verbrennung des Brennstoffes durch den Verdampfer leitet, um somit den Partialdruck des Brennstoffdampfes zu verringern.

Der Verdampfer enthält vorzugsweise einen Brennstoffvorratsbehälter, eine Verdampfungskammer, die so angeordnet ist j

5098 0.9/0814
- ο -

daß sie flüssigen Brennstoff von dem Vorratsbehälter erhält, Mittel zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Menge an flüssigem Brennstoff in der Verdampfungskammer unterhalb eines vorbestimmten Höchstwertes, wobei die Verdampfungskammer einen nach oben gerichteten Abschnitt zur Erhitzung des Brennstoffes mit verhältnismäßig kleinem Querschnittsbereich und einer darin angeordneten Heizvorrichtung besitzt, die in dem Heizabschnitt in Kontakt mit dem flüssigen Brennstoff steht, wobei die Dimensioned! des Heizabschnittes so bemessen sind, daß bei Betrieb die Gasblasen des verdampften Brennstoffes eine nach oben gerichtete Zirkulation der Flüssigkeit und des verdampften Brennstoffes bewirken; ferner ist. oberhalb des Heizabschnittes ein Scheiderabschnitt vorgesehen, in dem sich der verdampfte Brennstoff von dem flüssigen Brennstoff trennt, und ferner ein Umwälzabschnitt, um flüssigen Brennstoff an seinem oberen Ende von dem Scheiderabschnitt aufzunehmen und den flüssigen Brennstoff an seinem unteren Ende dem unteren Ende des Heizabschnittes zuzuführen, wobei der Scheiderabschnitt mit dem Ejektor zum Durchtreten des verdampften Brennstoffes zu diesem verbunden ist.

Die Heizvorrichtungen können elektrisch heizbare Elemente sein oder ein heißes Wärmeaustauscher-Strömungsmittel; die Heizung kann auch durch Verbrennung von Brennstoff erfolgen.

- 7 -509809/08U

Alternativ oder zusätzlich kann die Heizvorrichtung ein wärmeleitendes Element sein, das an einem Ende sich in der Verdampfungskammer und am anderen Ende in dem Bereich befindet, der von der Flamme oder den heißen Verbrennungsgasen ausgefüllt wird.

Der Verdampfer besteht praktisch aus einer im wesentlichen zylindrischen Wand, deren Höhe mindestens dem doppelten Innendurchmesser entspricht.

Der Brenner kann weiter Vorrichtungen zum Anlassen und zum Abschalten enthalten, nämlich (a) eine Zündvorrichtung» die die Verbrennung an dem stromabwärts gelegenen Ende des Brennerrohres auslöst, (b) Mittel, um den flüssigen Brennstoff in der Verbrennungskammer aufzuheizen, (c) Mittel, um die Zufuhr von Verbrennungsluft auszulösen und schließlich (d) eine Steuervorrichtung, um diese Mittel (a), (b), (c) bei Inbetriebnahme nacheinander anzuschalten oder in umgekehrter Reihenfolge beim Abschalten abzuschalten.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Verbrennen von normalerweise flüssigem Brennstoff, bei dem man den Brennstoff in Abwesenheit von Luft zur Erzeugung von verdampften Brennstoff erhitzt, worauf man Luft durch einen Ejektor führt und den verdampften Brennstoff mit der durch den Ejektor

5098Q93/08U

Brennrohres führt, das von dem Ejektor an seinem stromoberhalb gelegenen Ende bis zu seinem stromunterhalb gelegenen Ende reicht und daß man die Mischung stromunterhalb des stromunterhalb gelegenen Endes des Brennerrohres verbrennt.

Das Luft/Brennstoff-Gemisch im Brennerrohr enthält vorzugsweise 80 bis 120 % des für die vollständige Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs und die kinetische Energie der durch den. Ejektor strömenden Luft wird benutzt, um weitere Luft in das durch das Brennerrohr strömende Gemisch mitzureißen, sofern dieses erforderlich ist.

Zwischen der stromunterhalb gelegenen Seite des Ejektors, beispiels weise Brennrohr, und der stromoberhalb gelegenen Seite des Ejektors, z.B. Leitung zwischen dem Verdampfer und dem Eintritt des verdampften Brennstoffes am Ejektor, kann eine geeignete Leitung vorgesehen sein, um das Luft/Brennstoff-Gemisch umzuwälzen. Die Umwälzung verbessert die Stabilität der Arbeitsweise und die Verbrennung, da die Strömungsgeschwindigkeit ohne Änderung des Luftstromes geändert werden kann. Man kann ferner entsprechende Vorrichtungen wie Ventile vorsehen, um die Menge des umgewälzten Gemisches zu verändern. Das Brennrohr erweitert sich vorzugsweise zum Austrittsende hin, und es können an sich bekannte Vorrichtungen am Austrittsende vorgesehen sein, um ein Zurückschlagen der Flamme im Brennerrohr zu verhindern.

509809/08U
- 9 -

Die Anordnung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß bei Betrieb die kinetische Energie der in den Ejektor geleiteten Luft ausreicht, bei der Arbeitstemperatur des Verdampfers und entsprechend dem dort befindlichen Brennstoff ein Luft/Brennstoff-Gemisch zu bilden, das vorzugsweise mit der mitgerissenen weiteren Luft unter nichtleuchtender Flamme und im wesentlichen ohne überschüssige Luft verbrennt.

Derartige Ejektoren sind allgemein bekannt und bestehen aus ein oder mehreren Venturiabschnitten, um Brennstoffdampf und vorzugsweise noch zusätzliche Luft durch das Schermoment des eintretenden Luftstromes mit dem öldampf und weiterer Luft mitzu- · reißen. Theoretisch entspricht das Schermoment der folgenden Gleichung m^v^ = (m^ + m ) v2, in der m^ die Masse der mit der Geschwindigkeit V₁ eintretenden Luft und nu die Masse der mitgerissenen Luft und des Brennstoffdampfes und Vp die Geschwindigkeit der den Ejektor verlassenden Mischung ist.

Ferner gilt die Gleichung dn^ = v^s .u, in der s dem Querschnitts-

HF"
bereich des eintretenden Luftstrahles entspricht und ,u die Luftdichte in dem Luftstrahl bedeutet, wobei

V₁ = k (2£)

u . ■

ist und ρ dem überschüssigen Druck des Luftstrahles über dem Normaldruck entspricht und k ein dimensionsloser -Koeffizient ist.

509809/0814

- 10 -

Die Geschwindigkeit V₂ muß größer sein als die Geschwindigkeit der Plammenbildung im Brennerrohr, die gewöhnlich im Bereich von 0,5 bis 2,0 m/sec. liegt.

Der überschüssige Druck ρ ist nicht besonders wesentlich und kann in einem Bereich von 10 bis 300 Millibar liegen, ober diesem Bereich müßte die Luftquelle Luft mit geringer Geschwindigkeit liefern, was kein Vorteil ist, während unterhalb dieses Bereiches eine große Rate der Luftzufuhr erforderlich und vermutlich auch nachteilig.ist.Im allgemeinen soll der überschußdruck ρ vorzugsweise im Bereich von 20 bis 200 Millibar liegen.

Die Austrittsöffnung des Brennerrohres kaitn wie bei Gasbrennern geformt sein, beispielsweise als Schlitzbrenner, Fächerbrenner oder Lochbrenner, wobei entsprechend geformte Elemente am Austritt sende vorgesehen sind.

Die Verbrennungsluft, die die Antriebsenergie liefert, kann mit einer beliebigen Pumpe oder einem Kompressor und vorzugsweise mit einem elektrisch angetriebenen Gebläse zugeführt werden. Da der Luft nur ein verhältnismäßig geringer Drucküberschuß vermittelt v/erden muß, arbeitet die Pumpe oder der Kompressor verhältnismäßig ruhig; der Geräuschpegel der Brenneranlage kann ferner dadurch noch verringert werden, daß man an der Luftein-

509809/Q814

trittsseite einen Schalldämpfer vorsieht und ferner stromunterhalb der Pumpe oder des Kompressors geeignete Mittel zur Dämpfung der Vibration oder Pulsation vorsieht. Der Luftdruck kann mit einem Manometer abgetastet und durch entsprechende Ventile oder Ablässe reguliert werden.

Die Verdampfungsvorrichtung soll so angeordnet sein, daß sie den flüssigen Brennstoff in einer der Brennstoffverdampfung entsprechenden Menge erhält, wobei vorzugsweise die Verweilzeit des Brennstoffes möglichst niedrig sein soll, um ein thermisches Kracken zu verhindern oder zu verringern. Der Verdampfer soll vorzugsweise ein geringes Volumen haben; ferner ist es zweckmäßig, wenn die thermische Kapazität des Verdampfers wegen der schnellen Ansprechbarkeit gering ist.

Die Steuerung des Brenners kann durch Schalter oder Relais bewirkt werden, die von einem Thermostaten in einer Wärmewiedergewinngungsvorrichtung oder in den Verbrennungsgasen gesteuert werden. Das Signal von dem Thermostaten arbeitet über Relais und Zeitschalter. Es werden die Zündelektroden unmittelbar stromunterhalb der Brenneraustrittsöffnung geschaltet, die Wärmezufuhr zum Verdampfer ausgelöst und schließlich der Kompressor oder das Gebläse eingeschaltet, um in dieser Reihenfolge eine Zündung des Brenners bzw. in umgekehrter Reihenfolge ein Abschalten des Brenners zu bewirken, wobei

509809/0814

- 12 -

es nicht erforderlich ist, die Zündelektrode abzuschalten. Wenn diese Schritte beispielsweise mit Zeitschaltern entsprechend programmiert sind, können Rauchbildung und/oder Emissionen von unverbranntem Brennstoff beim Anschalten oder Abschalten des Brenners praktisch völlig vermieden oder auf einen sehr geringen Wert gehalten werden. Aus Sicherheitsgründen können Meldevorrichtungen vorgesehen werden, um eine Störung der Zündelektrode oder des Luftgebläses zu erkennen, damit die Wärmezufuhr zum Verdampfer unterbrochen werden kann, bis die Störungen beseitigt sind.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen

Figur 1 Figur 2

Figur 3 Figur 4

und 5 Figur 6 bis 8 Figur 9

einen erfindungsgemäßen Brenner

einen Teil des Brenners gemäß Figur 1 mit einem

mehrstufigen Ejektor

einen Brenner gemäß Figur 1 mit einem entsprechend

ausgebildeten Verdampfer;

weitere Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen

Brenners;

verschiedene Ausführungsformen des Verdampfers; einen weiteren erfindungsgemäßen Brenner.

509809/08U - 13 -

Der in Figur 1 gezeigte Ejektor besteht aus der Düse I₉ dem Venturirohr 2 und der Mischkammer 3. über ein Gebläse 4 wird Luft über die Leitung 5 der Austrittsdüse 1 zugeleitet. Der Brennstoff wird von einem Vorratsbehälter über die Leitung 13 in den Verdampfer 7 geführt, aus dem Brennstoffdampf über die Leitung 10 in die Mischkammer 3 gesaugt wird und anschließend in die Venturiöffnung 2 geleitet wird, um sich dort mit der vom Gebläse 4 zugeführten Luft zu vermischen. Das Luft/Brennstoffgemisch wird dann in den divergierenden Diffuserabschnitt 11 des Brennrohres geleitet und verbrennt an der Austrittsöffnung, wo ein Verteilerelement oder eine andere Vorrichtung 12 zur Verhinderung des Rückschiagens der Flamme vorgesehen" ist. Wenn das Brennstoffge-. misch im Brennerrohr zu fett ist, um eine nicht leuchtende Flamme am Austrittsende zu ergeben, kann zusätzliche Luft über' die einstellbare öffnung 6 zugegeben werden, um das Brennstoffgemisch mit Luft zu verdünnen, um so eine blaue nicht leuchtende Flamme zu erhalten.

Das Brennerrohr soll so geformt sein und aus solchem Material bestehen, daß es eine ausreichende Temperatur hat, um eine Brennstoffkondensation zu verhindern, ohne daß jedoch ein Kracken oder eine vorzeitige Zündung des Brennstoffes erfolgt. Die Innenwandtemperatur soll gewöhnlich im Bereich von 150 bis 140° liegen.

509809/081 A

- 14 -

ORIGINAL INSPECTED

Anstelle zusätzliche Luft in die Mischkammer 3 der in Figur gezeigten Vorrichtung zu leiten, dann der Ejektor, wie in Figur 2 gzeigt, eine erste stromoberhalb elegene Mischkammer 18 besitzen, in die der verdampfte Brennstoff eingeführt wird, während die Mischung aus Luft und Brennstoff über ein Düsenrohr in eine zweite stromunterhalb gelegene Mischkammer 19 strömt, wobei gegebenenfalls das Moment des Luft/Brennstoffgemisches benutzt werden kann, um weitere zusätzliche Verdünnungsluft aus der öffnung 6 in die Mischung mitzureißen, um das für die vollständige Verbrennung am Austrittsende des Brennrohres erforderliche Luft/Brennstoffverhältnis zu erhalten.

Bei der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung ist der Verdampfer 7 als Behälter ausgebildet, der einen abfallenden Boden 21 besitzt, auf den ein dünner Film des flüssigen Brennstoffes von einer Vorratsleitung 13 aufgebracht wird. Der Boden 21 wird auf beliebige Weise beispielsweise durch eine elektrische Widerstandheizung im Boden erhitzt, um eine gleichmäßige Verdampfung des dünnen Brennstofffilms zu erhalten. Durch entsprechende Regelvorrichtungen an der Zufuhrleitung 13 kann man erreichen, daß der Brennstofffilm so dünn ist, daß die •Verweilzeit niedrig und die Zersetzungsneigung ebenfalls gering ist. Der verdampfte Brennstoff wird oberhalb des Filmes mit einem sauerstoffreien Gas z. B. Abgasen von der Brennerflamme zur besseren Verdampfung in die Zufuhrleitung

509809/0814 - 15 -'

COPY '

mitgerissen, wobei eine Prallfläche 22 vorgesehen ist, damit keine flüssieen Brennstofftropfen in die Leitung 10 gelangen.

Bei der in Figur 5 gezeigten Vorrichtung ist ein zweistufiger Ejektor vorgesehen, jedoch ist die Eintrittsöffnung 6 für Sekundärluft nicht verstellbar. Der Verdampfer besteht aus einem im allgemeinen U-förmigem Behälter mit einer Kammer, die die oberen Bereiche der beiden U-förmigen Arme verbindet. Der Brennstoff wird über die Leitung 13 in das nach unten gerichtete Rohr Ik geführt, das an seinem unteren Ende mit dem unteren Teil eines nach oben gerichteten Rohres verbunden ist, in dem sich der flüssige Brennstoff in einem engen, ringförmigen Raum 15 außerhalb einer zylindrischen Heizvorrichtung 16 befindet, die vorzugsweise ein elektrisches Heizelement ist. Der Brennstoff im Ringraum 15 wird durch das Element 16 erhitzt und die sich in dem Ringraum 15 bildenden Gasblasen bewirken eine nach oben gerichtete Zirkulation der Flüssigkeit und der Dampfblasen, sofern der Ringraum hinreichend eng ist. Hierdurch wird die Kontaktzeit der Flüssigkeit mit dem Heizelement 16 erheblich verringert und eine thermische Zersetzung Brennstoffes vermieden. Die Mischung aus flüssigem und gasförmigem Brennstoff steigt in die Kammer 17, wo eine Trennung der Heizöldämpfe von dem Heizöl erfolgt. Die Brennstoffdämpfe strömen nach oben in die Leitung 10 zum Ejektor, während die flüssigen Bestandteile in das stromabwärts gerichtete Rohr 14 strömen und dabei im

509809/081

- 16 -

' COPY

vorliegenden Pall eine im Uhrzeigersinn verlaufende Umwälzung um den Verdampfer bewirken. Die Kammer 17 kann noch Leitbleche haben, um flüssige Anteile von den Dämpfen abzuscheiden. Vorzugsweise wird der Ringraum 15 von einer nach oben gerichteten Zylinderwand umgeben, deren Höhe mindestens dem doppelten Innendurchmesser entspricht; die Anordnung und Gestalt des Rückflußrohres I¹J ist nicht wesentlich, da dieses nur als Vorrats- oder Zufuhrbehälter für den .Ringraum 15 dient.

Der in Figur 5 gezeigte Brenner kann beispielsweise einen Ringraum 15 besitzen,, dessen Innendurchmesser 14 mm und dessen Länge 90 mm beträgt, während das elektrische Heizelement 16 einen Außendurchmesser von 10 mm hat und nicht ganz bis zur Einmündung in die Kammer 17 reicht. Das elektrische Heizelement kann mit einer Leistung von 110 Watt ausgelegt sein und eine Widerstandsheizung sein. Die Luftzufuhr erfolgt mittels eines Gebläses durch einen 5 Watt-Elektromotor mit einer Geschwindigkeit von 100 bis l80 1 je Stunde bei Drucken zwischen 90 und 50 Millibar über dem Normaldruck. Der Mund des Brenners 11 hat einen Bereich von 10 cm und besitzt zur Stabilisierung der Flamme ein Gitter mit einer gesamter Durchtrittsflache von 6 cm .

Mit dieser Anlage konnte man Heizöl mit einer Geschwindigkeit von 250 g/Std. mit einer vollständig blauen Flamme praktisch geräuschl verbrennen. Das Heizöl hatte die folgenden Eigenschaften

509809/08U

- 17 -

COPY

2A38391

Dichte 0,827

Viskosität bei 20⁰C 3,60 cSt.

ASTM Distillationswerte:

10 Vol.* destilliert bei 175°C ...I

50 " " " - 26O⁰C ■ [ ;

90 " " " 353°C :

• L . 1 Selbst nach mehreren 100 Stunden Betrieb konnten keine Ablagerungert '"* an dem Brenner festgestellt werden.

Die oben angegebenen Zufuhrmengen von Luft und Heizöl entsprechen einer im wesentlichen vollständigen Verbrennung des Öles ohae . wesentlichen Luftüberschuß. Ähnlich gute Ergebnisse werden erhalten, wenn der Ölverbrauch auf 1 kg/Std. gesteigert wurde.

Der in Fig. 4 gezeigte Brenner entspricht dem gemäß Fig. 4, wobei jedoch jetzt eine Leitung 120 zwischen dem Brennrohr 11 ' ■ und'der Dampfleitung 10 oberhalb des Ejektors vorgesehen ist. Die Wirkung dieses Teiles zur Umwälzung des Luft/Brennstoffgemisches dient der Stabilität und einer Steigerung der StrÖ- . mungsgeschwindigkeit ohne daß der Luftstrom erhöht wird. Gegebenenfalls kann in der Leitung 120 noch ein Ventil vorgesehen werden, um das Umwälzen einzustellen oder zu verhindern. Die Leistung dieser Anlage gemäß Fig. 5 entspricht der der Fig. 4, wobei jedoch eine bessere Stabilität und bessere Eigenschaften / bezüglich des Abschaltens gegeben sind. .,'

50980 9/08U
- 18 -

Bei der in Pig.6 gezeigten Vorrichtung ist der Ringraum 15 zum Erhitzen des Brennstoffes koaxial in der Kammer Ik , die den flüssigen Brennstoff aufnimmt und umwälzt, vorgesehen und nicht wie bei dem Verdampfer in Pig. k von diesem getrennt. Die Kammer Ik und der Ringraum 15 werden durch eine koaxiale Trennwand voneinander getrennt; das Heizelement 16 erzeugt eine Mischung niedriger Dichte aus verampftem Brennstoff bzw. Glasen und Brennstoff, die verhältnismäßig schnell durch den Erhitzungsbereich 15 strömt , wobei sich der Dampf von der Flüssigkeit im oberen Bereich des Scheiders trennt und aus dem Raum 17 von dem hier nicht gezeigten Ejektor abgesogen wird. Nicht verdampfter Brennstoff fließt über die Stirnfläche des Scheiders 30 wieder in den Speicher und Umwälzraum Ik und gelangt dann wieder unter den Scheider 30 in den Ringraum 15.

Der in Fig. 7 gezeigte Verdampfer entspricht dem in Fig. 6 gezeigten Verdampfer, wobei jedoch jetzt das Heizelement 16 die Wand eines Rohres ist, in dem ein verbrennbares oder flüssiges Gas aus der Leitung 31 in Form einer Flamme 32 brennt. Das Element 16 ist oben offen und an einen Kamin angeschlossen, damit das Brenngas austreten kann. Oberhalb des Scheiders 30 sind ringförmige und scheibenförmige Trennwände vorgesehen, um eine Trennung des flüssigen Brennstoffes von dem verdampften Brennstoff zu ermöglichen.

509809/08U
- 19 -

Bei der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung ist das Heizelement ein hohles Rohr, welches durch den Verdampfer führt. Durch dieses Rohr wird eine heiße Wärmeaustauscherflüsigkeit oder ein Strömungsmittel wie Dampf durchgeleitet. Bei Verwendung von Dampf ist ein Dampfkondensator 33 an dem unteren Ende des Elementes 16 vorgesehen. Der Dampf tritt bei 3¹J von oben in das Element 16 ein. .

Bei all diesen bevorzugten Verdampfern ist die Menge der zu erhitzenden Flüssigkeit um Dampf zu erzeugen verhältnismäßig klein und die thermische Trägheit des Verdampfers ist demzufolge ebenfalls klein.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung können beispielsweise aber nicht ausschließlich flüchtige Treibstoffe wie verflüssigtes Heizgas verwendet werden. Das Flüssiggas wird in einem Vorratsbehälter 37, der ein Sicherheitsventil 38 besitzt, gelagert. Das Flüssiggas wird aus dem Behälter mittels hier nicht näher gezeigter Reguliervorrichtungen beim Sättigungsdampfdruck über die Leitung 13 in den einen Arm 14 des Verdampfer geleitet.

Das verdampfte Flüssiggas strömt über die Leitung 10 aus dem Verdampfer und über ein Druckreduzierventil ¹H und ein Steuerventil 42 in eine ringförmige Induktionskammer mit einer Innen-

509809/0814

- 20 -

wand, die öffnungen besitzt und in der ein Luftstrahl von dem Gebläse 4 über die Leitung 5 geführt wird und eine Vermischung des Dampfes mit der Luft bewirkt, bevor das Gemisch an der Austrittsseite des Brennrohres 11 verdampft.

Die Flamme an der Austrittsseite des Brennerrohres 11 erhitzt das eine Ende einer Stange 16 aus leitfähigem Material, deren anderes Ende in der Heizkammer 15 des Verdampfers endet. Die Hitze der Flamme bzw. der Verbrennungsgase wird von einem Thermoelement 40 kontrolliert, daß über entsprechende Steuervorrichtungen das Ventil ^2 schließt, wenn die Flamme gelöscht wird, um ein Austreten von entflammbaren Gasen zu verhindern. Ferner ist eine Lockflamme 39 vorgesehen, die mit einer geringen Menge Flüssiggas aus dem Behälter 37 gespeist wird; diese Lockflamme dient zur Zündung des Brennstoffgemisches bei Inbetriebnahme . ,

Ferner können noch entsprechende Drosselungsvorrichtungen oder Ventile vorgesehen sein, um die Menge des Gases zu regulieren, die zur Lockflamme 39 führt.

ue: af

509809/08U

COPY

Claims

Patentansprüche

1. Brenner zum Verbrennen von normalerweise flüssigem Brennstoff, gekennzeichnet durch Verdampfungsmittel zum Verdampfen von flüssigem Brennstoff unter Ausschluß von Luft, Mitteln zur Zufuhr von Verbrennungsluft, einem Ejektor, durch den die Verbrennungsluft geleitet und in dem der verdampfte flüssige Brennstoff mit der Verbrennungsluft mitgerissen wird, und ein Brennerrohr, in dessen stromoberhalb gelegegenes Ende das Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoffdämpfen von dem Ejektor eingeleitet und von dessen stromabwärts gelegenem Ende das Gemisch in den Raum gefördert wird, in dem das Gemisch verbrannt wird.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Leitfähigkeit des Brennerrohres so ausgelegt ist, daß die Temperatur der Innenwand in einem Bereich von 150 bis ¹IOO C gehalten wird, um eine Kondensation der Brennstoffdämpfe an der Innenwand zu verhindern.

3. Brenner nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine öffnung für den Zutritt von Sekundärluft zum Ejektor vorgesehen ist, damit Sekundärluft von der Verbrennungsluft mitgerissen werden kann.

509809/Ö8U

- 2 - .' . ' COPY

— 9 —

4. Brenner nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung und vollständig offenen Stellung eingestellt werden kann.

5. Brenner nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor ein einstufiger Ejektor mit einer einzigen Mischkammer ist, die sowohl adt dem Verdampfer als auch mit der Eintrittsöffnung; für Sekundärluft in Verbindung steht.

6. Brenner nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor zweistufig ausgebildet ist und daß die Mischkammer der ersten stromoberhalb gelegenen Stufe mit dem Verdampfer in Verbindung steht und die Mischkammer der zweiten stromunterhalb gelegenen Stufe mit der Eintrittsöffnung; für Sekundärluft in Verbindung steht.

7* Brenner nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, ura das durch die Verbrennung des Brennstoffes erzeugte Brenngas durch den Verdampfer zu leiten und den Partialdruck der Brennstoffdämpfe zu verringern, um dessen Verdampfung zu begünstigen.

COPY

δ. Brenner nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer aus einem Vorratsbehälter zur Aufnahme des flüssigen Brennstoffes, einer Verdampfungskammer, die flüssigen Brennstoff von dem Vorratsbehälter aufnimmt, Mittel zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Menge flüssigen Brennstoffes in der Verdampfungskammer unterhalb eines vorbestimmten Höchstwertes vorgesehen sind, wobei die Verdampfungskammer einen nach oben gerichteten Brennstoffheizabschnitt von verhältnismäßig kleinem Querschnittsbereich und eine in diesem Abschnitt angeordnete Heizvorrichtung in Kontakt mit dem in dem Heizabschnitt vorhandenen flüssigen Brennstoff besitzt, wobei die Abmessungen des Heizabschnittes so bemessen sind, daß bei Betrieb Gasblasen des verdampften Brennstoffes eine nach oben gerichtete Zirkulation des flüssigen und verdampften Brennstoffes bewirken, und daß ein Scheiderabschnitt oberhalb des Heizabschnittes vorgesehen ist, in dem der verdampfte Brennstoff von dem flüssigen Brennstoff getrennt wird, und daß ein Umwälzabschnitt vorgesehen ist, um flüssigen Brennstoff an seinem oberen.Ende von dem Scheiderabschnitt aufzunehmen und flüssigen Brennstoff an seinem unteren Ende dem unteren Ende des Heizabschnittes zuzuführen, wobei der Scheiderabschnitt mit dem Ejektor verbunden ist, um verdampften Brennstoff diesem zuzuleiten.

509809/08U

9. Brenner nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung aus einem elektrisch heizbaren Element oder aus einem heißen Wärmeaustauschermedium besteht oder durch die Verbrennung von Brennstoff betrieben wird.

10. Brenner nach Anspruch 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung aus einem wärmeleitenden Element besteht, dessen eines Ende in der Verdampfungskammer ist und das an seinem anderen Ende in den Flammenraum oder in den Raum der heißen Verbrennungsgase reicht.

11. Brenner nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer aus einer im wesentlichen zylindrischen Wand gebildet wird, deren Höhe mindestens dem doppelten Innendurchmesser entspricht.

12. Brenner nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Anlassen und Abschalten des Brenners vorgesehen sind, die aus (a) einer Zündvorrichtung zum Zünden der Verbrennungsgase am Austrittsende des Brennerrohres, (b) Mittel zum Auslösen der Heizung des flüssigen Brennstoffes in der Verdampfungskammer, (c) Mittel zum Auslösen der Zufuhr von Verbrennungsluft und (d) Mittel zur Betätigung der Mittel (a) bis (c) nacheinander zum Anlassen bzw. Mittel zum Unterbrechen der Mittel (a) bis ( o) in umgekehrter Reihenfolge zum Abschalten vorgesehen sind.

509809/08U

13· Brenner nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung vorgesehen ist, um das Luft/Brennstoffgas-gemisch, das am stromabwärts gelegenen Ende den Ejektor verläßt, zu dem Eintrittsende des Ejektors für verdampften Brennstoff umzuwälzen.

Ik. Verfahren zum Brennen von normalerweise flüssigem Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man den Brennstoff in Abwesenheit von Luft erhitzt und Brennstoffdämpfe erzeugt, und daß man Luft durch einen Ejektor leitet und die Brennstoffdämpfe in der durch den Ejektor geführten Luft mitnimmt, so daß ein Luft/Brennstoffgemisch gebildet wird, das längs eines Brennerrohres geführt wird, das von dem Ejektor an seinem stromoberhalb gelegenen Ende bis zu seinem stromunterhalb gelegenen Ende reicht und daß man die Mischung stromunterhalb des stromunterhalb'gelegenen Endes des Brenners verbrennt.

15· Verfahren nach Anspruch I¹I, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Brennerrohr durchströmende Mischung 80 bis 120 % der für die vollständige Verbrennung des Brennstoff dampf es erforderlichen Luftiaenge enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die kinetische Energie der durch den Ejektor strömenden

509809/08U

Luft benutzt wird, um weitere Luft der in dem Brennerrohr strömenden Mischung zuzuführen.

17. Verfahren nach Anspruch I^ bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in einem sich nach oben erstreckenden relativ engen Heizabschnitt eines Verdampfers erhitzt wird, wobei der Heizabschnitt an seinem oberen Ende mit einem die Flüssigkeit von den Dämpfen trennenden Sche.dderbereich in Verbindung steht und an seinem Boden ir.it einem flüssigen Brennstoff enthaltenden Abschnitt in Verbindung steht, der flüssigen Brennstoff von einem Vorratsbehälter und von dem Scheiderabschnitt enthält, wobei die in dem Heizabschnitt gebildeten Blasen die Strömung von flüssigem Brennstoff von dem Heizabsciinitt zum Scheiderabschnitt und zum Abschnitt, der den flüssigen Brennstoff enthält, bewirken, wobei der Brennstoffdampf vom Scheiderabschnitt zu dem Ejektor geleitet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verbrennung von Brennstoff erzeugtes Brenngas in den Scheiderabschnitt des Verdampfers geleitet wird, um den Partialdruck des Brennstoffdampf druckes in dem Verdampfer zu verringern.

609809/08U

19· Verfahren nach Anspruch I¹J bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man den Brenner in der folgenden Reihenfolge schrittweise abschaltet, indem man die Luftzufuhr zum Ejektor unterbricht, die Hitzezufuhr für die Verdampfung von flüssigem Brennstoff unterbricht und anschließend sämtliche Mittel zur Zündung der Mischung stromunterhalb des stromunterhalb gelegenen Endes des Brennrohres unterbricht.

20. Verfahren nach Anspruch I¹I bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Luft/Dampfgemisches von dem Brennerrohr zu der Eintrittsseite des Ejektors umwälzt.

509809/08U