Vorrichtung in mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Heizungsanlagen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung in mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Heizungsanlagen zur Erzeugung eines für die Verbrennung an bzw. in wenigstens einem porösen Festkörper bestimmten Brennstoff-Luftgemisches, mit einem dem Abbrandbereich am Festkörper vorgeordneten Mischraum für die Verbrennungsluft und den Brennstoff, für den eine Einspritzdüse als sowohl mit dem flüssigen Brennstoff, als auch mit unter Überdruck stehendem Gas, nämlich wenigstens einem Teil der Verbrennungsluft und bzw. oder zurückgeführten Verbrennungsabgasen beschickbare Zerstäuberdüse ausgebildet ist, die in dem gegen den Abbrandbereich offenen und zusätzlich mit Verbrennungsluft bzw. dem Rest der Verbrennungsluft beschickbaren Mischraum eine gegen diesen Abbrandbereich gerichtete Sprühwolke erzeugt.

[0002] Heizungsanlagen dieser allgemeinen Art werden beispielsweise in Form von Zentralheizungskesseln realisiert. Gegenüber den herkömmlichen Heizungsanlagen, bei denen ein Brennstoff-Luftgemisch einem Brenner zugeführt und durch geeignete strömungstechnische Maßnahmen eine örtlich stabilisierte Flamme am Brenner erhalten wird, haben Heizungsanlagen, für die eine vorliegende Vorrichtung gedacht ist, den Vorteil, daß die Verbrennung am bzw. im porösen Festkörper in einem genau definierbaren Bereich erfolgt, wobei eine verbesserte Ausnützung des Brennstoffes bei erhöhtem Wirkungsgrad und zusätzlich geringerer Schadstoffbelastung durch die Abgase erhalten werden kann. Als poröse Festkörper werden in der Praxis offenporige Keramikkörper, mit Kugeln aus keramischem Material gefüllte hitzebeständige Behälter oder Einsätze, aber auch Drahtgeflechte verschiedenster Form verwendet. Die erwähnten erzielbaren Verbesserungen hängen in der Praxis allerdings sehr weitgehend von einer richtigen Aufbereitung des Brennstoff-Luftgemisches und von der richtigen Verteilung dieses Brennstoff-Luftgemisches beim Abbrand, also beim Anströmen oder Durchströmen des Festkörpers ab. Hier können die bekannten Vorrichtungen noch nicht voll befriedigen. Bei einer bekannten Ausführung ist dem Abbrandbereich mit Abstand der Mischraum vorgeordnet, bei dem es sich praktisch um eine mit Luft beschickbare Kammer handelt, in die der Brennstoff durch eine oder mehrere Einspritzdüsen in Form feiner Strahlen eingespritzt wird, wobei durch die Relativbewegung von Luft und Strahlen eine Aufteilung des Brennstoffes in Tröpfchen angestrebt wird und durch Durchwirbelung dieses Gemisches im weiteren Förderweg eine Homogenisierung erzielt werden soll. Trotzdem lassen sich kaum tatsächlich homogene Brennstoff-Luftgemische erzielen. Wegen der vorkommenden Schwankungen ergibt sich eine unterschiedliche Flammenbildung am porösen Festkörper und damit auch eine unterschiedliche Verteilung in der erzeugten Wärme, wobei es bei nicht ausreichend fein verteiltem Brennstoff und unhomogener Zusammensetzung des Brennstoff-Luftgemisches auch zu einer unvollständigen Verbrennung von Teilen des Brennstoffes kommen kann, worunter wieder der Wirkungsgrad leidet und eine erhöhte Schadstoffbelastung der Abgase möglich ist. Die aufgezeigten Nachteile sind auch bei einer alle eingangs erwähnten Merkmale aufweisenden Vorrichtung gemäß der GB-A-28477 vorhanden. Bei dieser Vorrichtung wird im wesentlichen eine Verbrennung des aufbereiteten Brennstoff-Luftgemisches an der Oberfläche eines porösen Festkörpers angestrebt, wobei grundsätzlich nur feinst verteilter Brennstoff, nicht aber thermisch aufbereiteter oder verdampfter Brennstoff auf den Festkörper auftreffen soll. Die vorgesehene Zerstäuberdüse mündet bei einer Ausführung in einem sich von einem Luftzuführungsrohr an konisch erweiternden Mischraum, der im unteren Bereich des Festkörpers vorgesehen ist. Die Luft wird ausschließlich über dieses Luftzuführungsrohr zugeführt und strömt an der Zerstäuberdüse vorbei zum Abbrandbereich. Es findet keine Gasphasenreaktion statt und es ergibt sich weder eine ganz gleichmäßige Verteilung des Brennstoff-Luftgemisches über den Einlaßbereich noch ist eine tatsächlich vollständige Verbrennung im wesentlichen innerhalb des Festkörpers gewährleistet. Bei einer für die Feuerbüchse von Dampfloks gedachten Ausführungsvariante, die die gleichen grundsätzlichen Nachteile aufweist, wird als Festkörper ein relativ flaches Glutbett aus den erwähnten Feststoffen vorgesehen und es sind abstandsweise nach oben zum Glutbett gerichtete, von einem Gebläse aus beschickte Lufteinlaßrohre vorhanden, in denen die Zerstäuber- bzw. Spritzdüsen münden. Oberhalb des Glutbettes befindet sich ein Nachverbrennungsraum, an den ein weiterer Nachverbrennungsbereich anschließt, in den von porösen, die Nachverbrennung begünstigenden Festkörpern ummantelte Wasserführungsrohre der Dampferzeugungsanlage einragen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen homogenen Betrieb der Heizungsanlage mit bevorzugter vollständiger Verbrennung der auch therrnisch aufbereiteten Brennstoffe innerhalb des bzw. eines Festkörpers gewährleistet, dabei eine homogene Aufbereitung des Gemisches schon innerhalb des Mischraumes ermöglicht und auch eine Beeinflussung der Ausrichtung und Konsistenz der gegen den Abbrandbereich am bzw. im Festkörper gerichteten Sprühwolke zuläßt.

[0004] Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß im Mischraum mit Abstand von der Zerstäuberdüse ein oder mehrere Einlässe für die bzw. den Rest der Verbrennungsluft vorgesehen sind, die zur Erzeugung eines homogenen Brennstoff-Luftgemisches über diesen Einlaß bzw. diese Einlässe mit unter einem Anstellwinkel zur Sprühwolke gerichtetem Strömungsverlauf zuführbar ist.

[0005] Die feinsten Partikel des Brennstoffes innerhalb der Sprühwolke können durch Wärmeeinwirkung zusätzlich zur Verdampfung gebracht werden, so daß ein völlig homogenisiertes Brennstoff-Luftgemisch tatsächlich zur Verbrennung gelangt. Die Wärmezufuhr erfolgt durch Wärmestrahlung vom Abbrandbereich her durch Zufuhr heißer Verbrennungsabgase bei der Bildung der Sprühwolke und bzw. oder durch Vorwärmung der für die Bildung der Sprühwolke verwendeten Verbrennungsluft. Bei einer Abgasrückführung wird gewährleistet, daß selbst geringe Mengen unvollständig verbrannter Bestandteile verbrannt und damit schadstoffarm entsorgt werden. Überdies kann man die Sprühwolke so einstellen, daß die Sprühwolke über genau vorherbestimmbare Bereich des Abbrandbereiches vorzugsweise gleichmäßig verteilt wird, so daß eine gleichmäßige Abbrandfront in bzw. an diesem Festkörper entsteht. Die unter einem Anstellwinkel zur Sprühwolke gerichteten Luftströme bewirken eine noch feiner Verteilung der Brennstoffpartikel und tragen damit zur Homogenisierung bei. Durch die Ausrichtung der Luftströmungen gegeneinander und gegenüber der Sprühwolke läßt sich die Form und die Durchwirbelung der den Mischraum in Richtung auf die Abbrandzone zu verlassenden Sprühwolke und auch die Verweildauer der Bestandteile der Sprühwolke im Mischraum beeinflussen. Die zusätzliche Verbrennungsluft wird nach einer Möglichkeit über ein Gebläse zugeführt. Nach einer anderen Variante wird in der Heizungsanlage abzugsseitig ein Sauggebläse angebracht, so daß die zusätzliche Verbrennungsluft entsprechend angesaugt wird. Besonders die letztgenannte Ausführung erleichtert es, wenigstens einen Teil der abgesaugten Verbrennungsgase abzuzweigen und für die Bildung der Sprühwolke an der Zerstäuberdüse zu verwenden.

[0006] Vorzugsweise sind der bzw. die Einlässe für die Verbrennungsluft bzw. den Rest der Verbrennungsluft radial gerichtet und in der Nähe des zum Abbrandbereich führenden Auslasses des Mischraumes vorgesehen.

[0007] Ein besonders hoher Gleichmäßigkeitsgrad wird auch dann erreicht, wenn ein als umlaufender Ringspalt der Mischraumwand ausgebildeter zusätzlicher Lufteinlaß vorgesehen ist. Hier erzeugt die konzentrisch zur Mitte einströmende Luft in diesem Bereich koaxial ausgerichtete Querkomponenten, die die Bildung einer besonderen Form der Sprühwolke ermöglichen. Meist wird man an der Zerstäuberdüse einen kleineren Abstrahlkegel für die Sprühwolke einstellen, da dieser Abstrahlkegel sich durch die zusätzlich zugeführten Luftströmungen gegen den Austrittsbereich des Mischraumes zu aufweiten wird.

[0008] Wenn für den bzw. die zusätzlichen Lufteinlässe Abdeckungen aus porösen Festkörpem vorgesehen sind, kann man eine weitere Vergleichmäßigung der Lufteinströmung erzielen und zusätzlich bei vom Abbrandbereich her erwärmten Abdeckungen über diese einen Teil der zur Verdampfung des Brennstoffes benötigten Wärme zuführen.

[0009] Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielswiese dargestellt. Es zeigen

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt und

Fig. 2

in kleinerem Maßstab und teilweise schematisiert eine Ausführungsvariante der Vorrichtung bei ihrem Einsatz auf einem Zentralheizungskessel.

[0010] Die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 bildet einen Aufsatzteil auf einen Zentralheizungskessel 1, von dem in Fig. 2 nur ein Wassermantel 2, mit diesem verbundene Wärmetauscher 3, Vor- und Rückleitungsanschlüsse 4, 5 und ein poröser, aus mehreren Schichten aufgebauter Festkörper 6 dargestellt wurden, in welchem porösen Festkörper 6 beim Normalbetrieb der Abbrand stattfindet. Ein Rauchgasabzug, in dem gegebenenfalls ein Sauggebläse untergebracht wird, ist vorhanden, wurde aber nicht dargestellt. Zwischen dem Festkörper 6 und einem oberen Aufsatzteil 7 des Kessels 1 sind mehrere Lagen 8, 9, 10 aus porösem, offenporigem Schaummaterial vorgesehen, die der besseren Verteilung des Brennstoff-Luftgemisches und einer teilweisen Wärmeabschirmung der Abbrandzone 6 gegen die Mischkammer 11 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen.

[0011] Diese Mischkammer 11 hat die Grundform einer nach unten offenen Glocke, die über einer Öffnung 12 einer Abdeckplatte 13 des Kessels angeordnet ist (Fig. 1). Nach Fig. 2 greift ein wieder poröser Teil 14 in die untere Öffnung der Mischkammer 11 ein, wobei sowohl hier als auch bei der Ausführung nach Fig. 1 zwischen dem unteren Rand der Mischkammer 11und dem Kessel ein Lufteinlaßspalt 15 freibleibt.

[0012] Die Mischkammer 11 ist in den Aufsatzteil 7 bzw. einem Kasten 16 eingesetzt, der mit dem Spalt 15 in Verbindung steht und über eine Leitung 17 mit Verbrennungstuft beschickt werden kann. Bei einem Sauggebläse am Rauchgasabzug ist die Leitung 17 nach außen offen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Leitung 17 über ein Druckgebläse mit Luft zu beschicken.

[0013] In die Mischkammer 11 ist vom Scheitel her eine Zerstäuberdüse 18 eingesetzt, die über eine Leitung 20 von einer Pumpe her mit unter Druck gesetztem flüssigem Brennstoff (Heizöl) und über einen weiteren Einlaß 21 (nur in Fig. 1 dargestellt) mit Druckluft oder mit unter Druck gesetzten, zurückgeführten Verbrennungsabgasen beschickt werden kann und am Austrittsende während des Betriebes eine Sprühwolke 22 abstrahlt. Ohne zusätzliche Luftzufuhr hätte die Sprühwolke 22 etwa den in Fig. 1 angedeuteten Umriß. Da aber über den Ringspalt 15 mit radialer Strömungsrichtung Luft eindringt, wird die Sprühwolke in ihrer Form verändert und tritt daher breitflächig, vorzugsweise über die gesamte Öffnung 12, in Richtung auf die porösen Körper 6, 8, 9, 10 zu aus. Durch den Aufprall der zusätzlich zugeführten Luft auf die Sprühwolke wird ein homogenes Brennstoff-Luftgemisch erreicht, das überdies durch die Abstrahlung von 10 her bzw. über den Körper 14 vorgewärmt wird und beim Durchtritt durch die porösen Schichten 8 - 10 verdampft, ehe es schließlich in der Zone 6 verbrennt.

[0014] Beim Start der Heizungsanlage wird das nach Einschalten der Brennstoff- und Luftzufuhr im Mischraum 11 vorhandene Brennstoff-Luftgemisch innerhalb dieses Mischraumes mittels einer Zünd- oder Glühkerze 23, 24 gezündet. Durch den herrschenden Zug wandert die Abbrandzone durch die Schichten 10, 9, 8 schließlich in den Bereich 6, wo während des Dauerbetriebes der vollständige Abbrand am porösen Festkörper vor sich geht.

[0015] Bei den Ausführungsbeispielen wurde von einer Luftzufuhr über den Ringspalt 15 ausgegangen. Es wäre auch möglich, statt diesem Ringspalt mehrere, vorzugsweise radial gerichtete Luftzufuhröffnungen in der Glocke vorzusehen.

Ansprüche

1. Vorrichtung in mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Heizungsanlagen (1) zur Erzeugung eines für die Verbrennung an bzw. in wenigstens einem porösen Festkörper (6) bestimmten Brennstoff-Luftgemisches, mit einem dem Abbrandbereich am Festkörper (6) vorgeordneten Mischraum (11) für die Verbrennungsluft und den Brennstoff, für den eine Einspritzdüse (18) als sowohl mit dem flüssigen Brennstoff, als auch mit unter Überdruck stehendem Gas, nämlich wenigstens einem Teil der Verbrennungsluft und bzw. oder zurückgeführten Verbrennungsabgasen beschickbare Zerstäuberdüse ausgebildet ist, die in dem gegen den Abbrandbereich offenen und zusätzlich mit Verbrennungsluft bzw. dem Rest der Verbrennungsluft beschickbaren Mischraum (11) eine gegen diesen Abbrandbereich gerichtete Sprühwolke (22) erzeugt, wobei der Mischraum (11) die Grundform eines z. B. glockenförmigen Rotationskörpers aufweist und die Zerstäuberdüse (18) im Scheitelbereich dieses Hohlraumes angebracht und koaxial zu diesem ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Mischraum mit Abstand von der Zerstäuberdüse (18) einen oder mehrere Einlässe (15) für die bzw. den Rest der Verbrennungsluft vorgesehen sind, die zur Erzeugung eines homogenen Brennstoff-Luftgemisches über diesen Einlaß (15) bzw. diese Einlässe mit unter einem Anstellwinkel zur Sprühwolke (22) gerichtetem Strömungsverlauf zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Einlässe (15) für die Verbrennungsluft bzw. den Rest der Verbrennungsluft radial gerichtet und in der Nähe des zum Abbrandbereich führenden Auslasses (12) des Mischraumes (11) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein als umlaufender Ringspalt (15) der Mischraumwand ausgebildeter zusätzlicher Lufteinlaß vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den bzw. die zusätzlichen Lufteinlässe (15) Abdeckungen (14) aus porösen Festkörpern vorgesehen sind.

Claims

1. A device in heating systems (1) operated with liquid fuels for the production of a fuel and air mixture intended for combustion on or in at least one porous solid (6), with a mixing chamber (11) preceding the burning zone on the solid (6) for the air for combustion and the fuel, for which an injection nozzle (18) is constructed as an atomiser nozzle which can be fed both with the liquid fuel and with a gas at positive pressure, namely at least some of the air for combustion and/or recycled combustion waste gases, which atomiser nozzle produces in the mixing chamber (11) which is open towards the burning zone and which can additionally be supplied with air for combustion and/or the rest of the air for combustion, a spray cloud (22) directed towards said burning zone, the mixing chamber (11) having the basic shape of a, for example, bell-shaped body of rotation and the atomiser nozzle (18) being mounted in the apex zone of this cavity and being aligned coaxially therewith, characterised in that one or more inlets (15) for the air for combustion or the rest of the air for combustion is/are provided in the mixing chamber at a distance from the atomiser nozzle (18), said air for combustion or rest of the air for combustion being feedable, to produce a homogeneous fuel and air mixture, through said inlet (15) or inlets with a flow configuration directed at an angle of incidence to the spray cloud (22).

2. A device according to claim 1, characterised in that the inlet and inlets (15) for the air for combustion or rest of the air for combustion is/are directed radially and provided near the outlet (12) of the mixing chamber (11) leading to the burning zone.

3. A device according to claim 1 and 2, characterised in that an additional air inlet is provided in the form of a peripheral annular gap (15) in the mixing chamber wall.

4. A device according to any one of claims 1 to 3, characterised in that covers (14) of porous solids are provided for the additional air inlet or inlets (15).

Revendications

1. Dispositif dans des installations de chauffage (1) à combustibles liquides, pour produire un mélange air-combustible déterminé pour la combustion sur, ou en, au moins un corps solide (6) poreux, avec une chambre de mélange (11) placée en amont de la zone de combustion sur le corps solide (6), pour l'air de combustion et le combustible, pour lequel un injecteur (18) est réalisé sous la forme de buse de pulvérisation, pouvant être alimentée tant avec le combustible liquide, qu'également avec du gaz placé sous une pression supérieure à l'atmosphère, précisément au moins une partie de l'air de combustion et/ou des gaz d'échappement de combustion recirculés, buse de pulvérisation qui, dans la chambre de mélange (11) ouverte vers la zone de combustion et en plus pouvant être alimentée avec de l'air de combustion ou le reste de l'air de combustion, produit un nuage de pulvérisation (22) tourné vers cette zone de combustion, où la chambre de mélange (11) présente la forme de base d'un corps de rotation, par exemple en forme de cloche, et la buse de pulvérisation (18) est montée dans la zone de sommet de cet espace creux et est orientée coaxialement à celle-ci, caractérisé en ce que, dans la chambre de mélange, à distance de la buse de pulvérisation (18), est/sont prévue(s) une ou plusieurs admissions (15) pour l'air de combustion ou le reste d'air de combustion, pour générer un mélange air-combustible homogène, pouvant être amené, par cette admission (15) ou ces admissions, avec une allure d'écoulement orientée sous un angle d'inclinaison par rapport au nuage de pulvérisation (22).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les admissions (15) prévue(s) pour l'air de combustion ou le reste d'air de combustion sont orientées radicalement, et des échappements (12) guidant vers la zone de combustion sont orientés radialement et prévus à proximité de l'échappement (12), menant à la zone de combustion, de la chambre de mélange (11).

3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on prévoit une admission d'air additionnelle, réalisée sous la forme d'interstice annulaire (15) de pourtour, de la paroi de chambre de mélange.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des recouvrements (14) en corps solides poreux sont prévus pour la ou les admissions d'air (15) supplémentaire(s).

Zeichnung