Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffes

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen oder festen, pulverförmigen Brennstoffs mittels eines Brenners. Dabei wird der Brennstoff durch ein Fluid zerstäubt und zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt. Um auf einfache Weise einen flüssigen oder festen, pulverförmigen Brennstoff mit möglichst geringer Geräuschentwicklung verbrennen zu können, wird vorgeschlagen, den Brennstoff außerhalb der Düse mittels Sauerstoff zu zerstäuben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen oder pulverförmigen Brennstoffes mittels eines Brenners, wobei der Brennstoff durch ein Fluid zerstäubt und zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt wird.

[0002] Derartige Verfahren sind bekannt. So kann beispielsweise ein flüssiger Brennstoff wie Heizöl drucklos oder mit geringem Druck einer Düse zugeführt und beim Austritt aus der Düse mit einem Fluid wie Luft, Gas oder Dampf zerstäubt werden (Injektionszerstäubung). Nach dem Zerstäuben des Heizöls erfolgt das Mischen des ölnebels mit einem sauerstoffhaltigen Gas wie Luft oder auch Sauerstoff. Das sauerstoffhaltige Gas wird um den eigentlichen Zerstäuber herum der Flamme zugeführt. Das zur Zerstäubung dienende Fluid steht unter Druck. Für den Betreiber eines Brenners mit Injektionszerstäubung ist es daher erforderlich, Energie für die Herstellung von Dampf oder Druckluft aufzuwenden.

[0003] Es ist auch bekannt, einen Brennstoff in einem ersten Ringkanal und ein sauerstoffhaltiges Gas in einem dazu koaxialen zweiten Ringkanal zu führen und den Brennstoff innerhalb des Brenners durch das sauerstoffhaltige Gas zu zerstäuben. Bei diesem Verfahren ist es allerdings erforderlich, Brennstoff und sauerstoffhaltiges Gas unter hohem Druck in den Brenner einzuleiten, um Rückzündungen zu vermeiden. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten stellt sich ein unerwünscht hoher Geräuschpegel ein. Zudem sind Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens, sogenannte Toroidalbrenner, im Aufbau kompliziert, relativ teuer und reparaturanfällig.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, mit dem auf einfache Weise ein flüssiger oder fester, pulverförmiger Brennstoff mit möglichst geringer Geräuschentwicklung verbrannt werden kann.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff außerhalb der Düse mittels Sauerstoff zerstäubt wird.

[0006] Erfindungsgemäß wird ein Brennstoff außerhalb der Düse zerstäubt, wobei das Fluid zur Zerstäubung des Brennstoffes gasförmiger Sauerstoff ist. Das auf diese Weise erzeugte Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff wird nachfolgend unter Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases wie Luft oder auch Sauerstoff verbrannt.

[0007] Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise werden Nachteile bisheriger Verfahren wirkungsvoll vermieden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, sowohl flüssige Brennstoffe als auch feste Brennstoffe in Pulverform (z.B. pulverisierte Kohle) mit einer Düse.des gleichen Prinzips zu verbrennen.

[0008] Erfindungsgemäß steht der zur Zerstäubung dienende Sauerstoff zwar wie bei bekannten Verfahren unter Druck, jedoch liegt das Druckniveau vergleichsweise niedriger als z..B. bei einer Zerstäubung in einem Toroidalbrenner. Zusätzlich wird durch die Außenmischung eine einfache Strömungsführung des Zerstäubungssauerstoffs ermöglicht, so daß der Verbrennungsvorgang beim erfindungsgemäßen Verfahren erheblich leiser abläuft, als bei bekannten Verfahren.

[0009] Durch die Verwendung von Sauerstoff zur Zerstäubung eines Brennstoffes außerhalb der_Düse wird die Zündgeschwindigkeit des Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches erhöht. Durch die höhere Zündgeschwindigkeit wird die Gefahr des Abhebens der Flamme erheblich verringert und somit die Stabilität der Flamme verbessert.

[0010] Da Sauerstoff stets unter Druck bereitgestellt wird, muß der Betreiber eines Brenners keine Energie für die Kompression aufwenden. Im Vergleich zu Verfahren, bei denen der Brennstoff durch Druckluft oder Dampf zerstäubt wird, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die zur Erzeugung von Druckluft bzw. Dampf erforderliche Energie eingespart werden. Gegebenenfalls ergeben sich auch Einsparungen an Kompressoren bzw. Dampfkesseln.

[0011] Wird Sauerstoff sowohl für die:Zerstäubung des Brennstoffs als auch bei der nachfolgenden Verbrennung eingesetzt, so entsteht eine praktisch stickstofffreie Atmosphäre.

[0012] Wurde bei bisherigen Verfahren, beispielsweise beim Schmelzen von Glas in Glaswannen, Druckluft zur Zerstäubung von öl verwendet, so ergab sich ein relativ schlechter Ausbrand. Dies war optisch an schwarzen Streifen im Kern der Flamme zu erkennen. In unerwünschter Weise konnten dabei Komponenten des Brennstoff-Luft-Gemisches unverbrannt entweichen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde dagegen ein erheblich besserer Ausbrand festgestellt, d.h. die beobachteten "schwarzen Streifen" im Kern der Flamme waren wesentlich verkürzt.

[0013] Das Zerstäuben des Brennstoffes erfolgt besonders einfach und sicher, wenn nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Brennstoff als Zentralstrahl und der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes als dazu koaxialer, konusförmig zulaufender Hohlstrahl aus der Düse . geführt werden.

[0014] Der Brennstoff wird in dieser Ausgestaltung durch ein zentrales Innenrohr des Brenners gegeben. In einem konzentrisch zum Innenrohr angeordneten Ringkanal wird der Sauerstoff geführt. Am Düsenaustritt wird der Sauerstoff so umgelenkt, daß dieser die Sprühdüse in Form eines Konus verläßt. Der Konusscheitelpunkt liegt außerhalb der Sprühdüse auf der verlängerten Achse des Innenrohres. Der Sauerstoff tritt mit hoher Geschwindigkeit aus, um den Brennstoff zu zerstäuben.

[0015] Die für diese Strömungsführung erforderliche Außenmischdüse ist in ihrem Aufbau sehr einfach, relativ preiswert und nicht reparaturanfällig, da sie praktisch keine Verschleißteile hat. Gegebenenfalls kann aber eine Zerstäubungsdüse für das erfindungsgemäße Verfahren leicht ausgetauscht werden.

[0016] Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes vor dem Austritt aus dem Brenner in eine rotierende Bewegung bezüglich seiner Strömungsrichtung versetzt. Durch diese Maßnahme wird die Intensität der Zerstäubung erhöht. Durch unterschiedliche Verdrallung kann die Länge der-Flamme beeinflußt werden. In Sonderfällen (zur Erzielung einer langen Flamme) kann auch die Verdrallung des Zerstäubungssauerstoffs entfallen.

[0017] Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel erläutert werden:

In der Figur ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Zerstäubungsdüse dargestellt. Die Zerstäubungsdüse besteht im wesentlichen aus zwei koaxial zueinander angeordneten Rohren 1, 2. Durch das zentrale Innenrohr 1 strömt ein Brennstoff, im Ausführungsbeispiel Heizöl, in Richtung des Pfeiles 3 und tritt am Düsenende 5 als zentraler Strahl aus. In dem Raum zwischen Innenrohr 1 und Außenrohr 2 strömt Sauerstoff in Richtung der Pfeile 4 durch den Brenner und tritt ebenfalls am Düsenende 5 aus. Im Bereich des Düsenendes 5 sind die Innenseite des Außenrohres und die Außenseite des Innenrohres konisch ausgebildet. Aufgrund dieser Gestaltung des Düsenendes erhält der ausströmende Sauerstoff eine im wesentlichen konische Form. Der Scheitel des Konus liegt außerhalb der Zerstäubungsdüse auf der verlängerten Achse 6 des Innenrohres 1. Mit 7 ist eine Vorrichtung bezeichnet, in der der Sauerstoff in eine rotierende Bewegung versetzt wird. Diese Vorrichtung kann beispielsweise aus mehreren spiralig um das Innenrohr verlaufenden Strömungskanälen bestehen. Der Druck, mit dem Sauerstoff der Zerstäubungsdüse zugeführt wird, ist abhängig vom verwendeten Brennstoff und der Düseneinstellung. Durch einfaches Verschieben des Innenrohres 1 gegenüber dem Außenrohr 2 kann der öffnungsquerschnitt des Sauerstoffkanals variiert und somit Einfluß auf die Sauerstoffdurchflußmenge und den Grad der Zerstäubung genommen werden.(Pfeil 8).

[0018] Der für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff kann der Zerstäubungsdüse in Form von Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff zugeführt werden. Im zuletztgenannten Fall wird um die Zerstäubungsdüse ein zusätzliches Rohr koaxial zum Außenrohr 2 und mit Abstand zu diesem angeordnet. In dem vom Außenrohr 2 und dem zusätzlichen Rohr gebildeten Ringkanal strömt der Sauerstoff zum Düsenende.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen oder festen, pulverförmigen Brennstoffs mittels eines Brenners, wobei der Brennstoff durch ein Fluid zerstäubt und zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff außerhalb der Düse mittels Sauerstoff zerstäubt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff als.Zentralstrahl und der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes als dazu koaxialer, konusförmig zulaufender Hohlstrahl aus der Düse geführt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes vor dem Austritt aus dem Brenner in eine rotierende Bewegung bezüglich seiner Strömungsrichtung versetzt wird.

Zeichnung