[0001] Die Erfindung betrifft einen Brenner kleiner Leistung und ein Verfahren zum Verbrennen
flüssiger Brennstoffe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
[0002] Ein solcher Brenner ist teilweise aus der DE-PS 26 49 669 bekannt. Dieser Brenner
liefert bei einem ausreichenden Luftüberschuß eine gute Vermischung von Brennstoff
und Verbrennungsluft, was sich in einer blauen Flamme zeigt. Ein hoher Luftüberschuß
ist aber für den Dauerbetrieb nicht zulässig, da der C0
2- Wert und damit der feuerungstechnische Wirkungsgrad nicht den Anforderungen entspricht
und die überschüssige Luft das Wärmegleichgewicht so stört, daß an der Rückwand die
gefürchtete Kondensation auftritt.
[0003] Um bei einem solchen Brenner im nahstöchiometrischen Bereich den Brennstoffdampf
mit der Frischluft und dem zurückgeführten Rauchgas gut durchzumischen, ohne daß die
Injektorwirkung beeinflußt wird, ist gemäß der deutschen Patentanmeldung P 33 46 431.
6 der Mantel des Verdampfertopfes mit in mehreren Reihen über den Umfang verteilten
Bohrungen versehen. Auf diese Weise wird erreicht, daß ein Teil des in dem Verdampfertopf
entstehenden Brennstoffdampfes vor dem Austritt aus der Austrittsöffnung durch die
Bohrungen in feinen Strahlen in den Luftstrom eingegeben wird. Dabei durchdringen
sich die Medien unter einem Auftreffwinkel von etwa 90°. Dieser Auftreffwinkel, verstärkt
durch die Zentrifugalkraft am Austritt des Verdampfertopfes, bewirkt eine nahezu vollkommene
Durchmischung des Brennstoffdampfes mit der Frischluft und dem zirkulierenden Rauchgas.
Bei einem solchen Brenner können wenn er für kleine Leistungen eingesetzt wird, Verschmutzungen
des Verdampfertopfes durch Koksbildung auftreten, durch die ein zuverlässiger Betrieb
beeinträchtigt wird.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner derart auszubilden,
daß ein einwandfreier Betrieb gewährleistet ist.
[0005] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
[0006] Durch die Anordnung der Prallplatte wird das rezirkulierende Rauchgas, das noch Restgehalte
an Sauerstoff enthält, daran gehindert, in den Verdampfertopf einzutreten. Damit findet
die Verdampfung des Brennstoffes in einer weitgehend sauerstofffreien Atmosphäre statt,
so daß eine Koksbildung durch eine Teilverbrennung des Brennstoffdampfes vermieden
wird. Sofern im rückwärtigen Teil des Brenners die Temperatur des rezirkulierenden
Rauchgases nicht oberhalb des Siedeendes des verdampfenden Brennstoffes liegt, muß
die Rauchgastemperatur angehoben werden. Das geschieht dadurch, daß eine Teilmenge
des Brennstoffdampfes in den Rückströmungskanal eingegeben und dort verbrannt wird.
Insgesamt bleibt durch diese Maßnahmen sowohl der Verdampfertopf als auch der kritische
rückwärtige Teil der Aufbereitungszone des Brennstoffes sauber, was einen sichereren
Dauerbetrieb und einen schnellen Temperaturanstieg nach dem Brennerstart gewährleistet.
[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Brenner
gemäß der Erfindung.
[0008] Der Brenner weist ein zylindrisches äußeres Brennerrohr 1 auf, in welchem ein zylindrisches
inneres Brennerrohr 2 angeordnet ist. Das äußere Brennerrohr 1 ist an dem rückwärtigen
Ende durch eine Stirnwand 3 geschlossen, an die sich ein Luftzuführungskasten anschließt.
Die Stirnwand 3 ist mit Einlaßöffnungen 4 versehen, durch die Verbrennungsluft aus
dem Luftzuführungskasten in eine ringförmige Luftkammer 5 gelangt, die außen von dem
inneren Brennerrohr 2 begrenzt ist. Innerhalb des inneren Brennerrohres 2 ist mit
einem radialen Abstand ein rotationssymmetrischer Verdampfertopf 6 angeordnet. Der
Verdampfertopf 6 weist einen geschlossenen Boden 7 auf, an den sich ein konisch verjüngender
Mantel 8 anschließt. Dem Boden 7 des Verdampfertopfes 6 liegt eine Austrittsöffnung
9 gegenüber, die in einem axialen Abstand von der Stirnwand 3 des äußeren Brennerrohres
1 angeordnet ist. In das Innere des Verdampfertopfes 6 münden eine Brennstoffzuführungsleitung
10 und eine Heizspirale 11 hinein. Die Heizspirale 11 ist während des Anfahrens des
Brenners eingeschaltet, um eine sofortige Verdampfung des Brennstoffes zu bewirken.
Der Verdampfertopf 6 ist mit einer Welle 12 verbunden, an die ein nicht dargestellter
Antrieb angreift, über den der Verdampfertopf 6 in Rotation versetzt wird. Auf dem
Mantel 8 des Verdampfertopfes 6 ist eine Stauscheibe 13 angeordnet, der ein feststehender
Stauring 14 gegenübersteht.
[0009] In dem der Stirnwand 3 benachbarten Teil ist zwischen dem Mantel 8 des Verdampfertopfes
6 und dem inneren Brennerrohr 2 ein Injektorkanal 15 gebildet. In den Injektorkanal
15 mündet über einen Luftdurchtrittsspalt 16 die ringförmige Luftkammer 5. Die Brennerrohre
1, 2 sind mit einem radialen Abstand voneinander angeordnet und bilden zwischen sich
einen einseitig offenen Rückströmungskanal 17. In der Nähe der Stirnwand 3 sind ein
oder mehrere Durchtrittsrohre 18 vorgesehen, die die Luftkammer 5 durchdringen und
den Rückströmungskanal 17 mit einer inneren Kammer 19 verbinden. Die innere Kammer
19 steht über einen Durchtrittsquerschnitt 20 mit dem Injektorkanal 15 in Verbindung.
[0010] Während des Betriebes des Brenners bildet sich in dem äußeren Brennerrohr 1 eine
ringförmige Flamme aus, die den Boden 7 des Verdampfertopfes 6 aufheizt. Der in den
Verdampfertopf 6 eingespeiste flüssige Brennstoff verdampft durch die Berührung mit
dem Boden 7 und dem vorderen Teil des Mantels 8 und tritt als Brennstoffdampf durch
die Austrittsöffnung 9 aus. Durch die Injektorwirkung innerhalb des Injektorkanals
15 wird Rauchgas aus dem äußeren Brennerrohr 1 durch den Rückströmungskanal 17 angesaugt
und strömt zusammen mit dem im Verdampfertopf 6 entstehenden Brennstoffdampf und der
durch den Luftdurchtrittsspalt 16 austretenden Verbrennungsluft durch den Injektorkanal
15.
[0011] Zur Verbesserung der Durchmischung von Brennstoffdampf und Verbrennungsluft sind
in dem Mantel 8 des Verdampfertopfes 6 mehrere Ausnehmungen angebracht, die durch
Bohrungen 21 oder Schlitze gebildet sind. Die Bohrungen 21 sind in mehreren Reihen
über den Umfang des Verdampfertopfes 6 verteilt und in einem Bereich zwischender Austrittsöffnung
9 des Verdampfertopfes 6 und dem Stauring 14 in dem axial durchströmten Teil des Injektorkanals
15 vorgesehen. Durch diese Bohrungen 21 tritt ein Teil des in dem Verdampfertopf 6
erzeugten Brennstoffdampfes aus, bevor die Hauptmenge des Brennstoffdampfes die Austrittsöffnung
9 erreicht hat. Die austretenden Brennstoffdampfstrahlen durchdringen das den Injektorkanal
15 durchströmende Medium.
[0012] In einem Abstand vor der Austrittsöffnung 9 des Verdampfertopfes 6 ist eine Prallplatte
22 vorgesehen. Die Prallplatte 22 ist von einer Hülse 23 getragen, die die Welle 12
umgibt und mit der Stirnwand 3 verbunden ist. Die Prallplatte 22, deren Durchmesser
etwas größer ist als der Durchmesser der Austrittsöffnung 9, ist mit einem zylindrischen
Rand 24 versehen. Der Rand 24 der Prallplatte 22 umgreift den hinteren Teil des Verdampfertopfes
6 und läßt einen Austrittsspalt 25 für den Austritt des in dem Verdampfertopf 6 verdampfenden
Brennstoffes frei.
[0013] Stromaufwärts der Stauscheibe 13 und des Stauringes 14 sind in der Wand des inneren
Brennerrohres 2 mehrere Düsen 26 angeordnet, die eine Verbindung zwischen dem Injektorkanal
15 und dem Rückströmungskanal 17 herstellen. Auf der dem Rückströmungskanal 17 zugewandten
Seite geht jede Düse 26 in eine Vertiefung 27 über, die in die Wand des inneren Brennerrohres
2 eingebracht ist. Die Vertiefung 27 weist einen größeren Durchmesser als die Düse
26 auf. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Vertiefung 27 um mindestens das Dreifache
größer als der Durchmesser der Bohrung 26. Die Vertiefung 27 ist mit einer außen liegenden,
scharfen Kante 28 versehen. Der gesamte Querschnitt aller Düsen 26 ist so bemessen,
daß ein bestimmter Anteil des durch den Injektorkanal 15 strömenden Gemisches aus
Brennstoffdampf, Luft und Rauchgas in den Rückströmungskanal 17 eingebracht wird.
Die auf diese Weise abgezweigte Brennstoffmenge macht etwa 2 bis 5 % der gesamten
Brennstoffmenge aus.
[0014] Das durch den Rückströmungskanal 17 angesaugte und in die innere Kammer 19 gelangende
Rauchgas trifft auf die Prallplatte 22 auf und wird außen an dem Rand 24 der Prallplatte
22 entlang in den Injektorkanal 15 geführt. Ein Eintritt des Rauchgases in den Verdampfertopf
6 wird auf diese Weise verhindert.
[0015] Durch die Rückführung des Rauchgases darf die Temperatur an der Prallplatte 22 nicht
unter die Kondensationstemperatur des Brennstoffes sinken. Um das zu verhindern, wird
durch die beschriebenen Düsen 26 Brennstoff in den Rückströmungskanal 17 eingebracht
und dort verbrannt. Durch diese Verbrennung eines geringen Anteiles des Brennstoffes
wird die Temperatur des Rauchgases soweit angehoben, daß eine Kondensation des Brennstoffdampfes
an der Prallplatte 22 unterbleibt. Die dazu erforderliche Temperatur beträgt etwa
450
oC. Damit bei der geringen Menge an Brennstoff, die in den Rückströmungskanal 17 eintritt,
die Flamme in dem Rauchgasstrom nicht abreißt, wird sie durch die scharfe Kante 28
der Vertiefung 27 stabilisiert.
1. Brenner kleiner Leistung zum Verbrennen von flüssigen Brennstoffen mit einem äußeren
Brennerrohr (1), das eine rückseitige Stirnwand (3) aufweist und in dem ein aus einem
Boden (7) und einem mit Bohrungen (21) versehenen Mantel (8) bestehender rotierender
Verdampfertopf (6) angeordnet ist, dessen Austrittsöffnung (9) in einem axialen Abstand
zur Stirnwand (3) des äußeren Brennerrohres (1) angeordnet ist und dessen Mantel (8)
unter Bildung eines von Luft durchströmten Injektorkanals (15) in einem radialen Abstand
von einem durch ein inneres Brennerrohr (2) begrenzten, ringförmigen Rückströmungskanal
(17) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß in einem Abstand vor der Austrittsöffnung
(9) des Verdampfertopfes (6) eine Prallplatte (22) angeordnet ist, deren Durchmesser
etwa dem Durchmesser der Austrittsöffnung (9) entspricht.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatte (22) mit
einem Rand (24) versehen ist, der in einem radialen Abstand den Verdampfertopf (6)
umgreift.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand des inneren
Brennerrohres (2) von Düsen (26) durchdrungen ist, die den Injektorkanal (15) und
den Rückströmungskanal (17) verbinden und deren gesamter Querschnitt so bemessen ist,
daß ein Teil des aus dem Verdampfertopf (6) austretenden Brennstoffdampfes in den
Rückströmungskanal (17) eintritt.
4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge des in den Rückströmungskanal
(17) eintretenden Brennstoffdampfes etwa 2 bis 5 % der gesamten Menge des erzeugten
Brennstoffdampfes beträgt.
5. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede Düse (26) auf der dem
Rückströmungskanal (17) zugewandten Seite in eine Vertiefung (27) übergeht, die in
die Wand des inneren Brennerrohres (2) eingebracht und mit einer scharfen, außen liegenden
Kante (28) versehen ist.
6. Brenner nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Vertiefung
(27) mindestens dem dreifachen Wert des Durchmessers der Düsen (26) entspricht.
7. Verfahren zum Verbrennen von flüssigen Brennstoffen in einem Brenner kleiner Leistung
nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur des durch
den Rückströmungskanal zurückströmenden Rauchgases durch eine Verbrennung der in den
Rückströmungskanal eintretenden Teilmenge des Brennstoffdampfes soweit erhöht wird,
daß die Prallplatte auf eine oberhalb des Kondensationspunktes des Brennstoffdampfes
liegende Temperatur erwärmt wird und daß der Zutritt von Restsauerstoff aus dem Rauchgas
in den Verdampfertopf verhindert wird.