Ölbrenner

Abstract

 In einem Ölbrenner ist innerhalb einer Brennkammer (1) ein Mischrohr (4) vorgesehen. In das Mischrohr (4) wird über dessen stromaufwärtsgelegenes Ende eines ersten, verjüngten Abschnittes (5) Brennöl von einer Ölzerstäubungseinrichtung (1) und ein Gemisch aus dem Kessel entnommenem, abgekühltem Abgas und Verbrennungsluft sowie schließlich aus der Brennkammer entlang des Mischrohres (4) rückgeführtes, heißes Abgas zugeführt. Am Beginn eines zweiten, stromabwärtsgelegenen Abschnittes (6) des Mischrohres (4) der gegenüber dem ersten Abschnitt (5) des Mischrohres (4) erweitert ist, wird ebenfalls ein Gemisch aus Verbrennungsluft und abgekühltem Abgas zugeführt, wobei die Menge des zugeführten Gemisches durch eine Regelvorrichtung (17) geregelt wird. Durch diese Regelung wird gewährleistet, daß im ersten Abschnitt (5) des Mischrohres (4) ein unterstöchimetrisches Verhältniss zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff (λ≤ 1) herrscht, wogegen im zweiten, erweiterten Abschnitt (6) ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff (X = 1) vorliegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Ölbrenner mit einer Ölzerstäubungseinrichtung, einer diese koaxial umgebenden Verbrennungsluft-Zuführung, die in eine Blendenöffnung mündet, sowie mit einem an seinen beiden Enden offenen Mischrohr für Brennstoff, Verbrennungsluft und Abgas, das stromabwärts der Blendenöffnung in einer Brennkammer angeordnet ist, wobei unmittelbar aus der Brennkammer stammendes Abgas um das Mischrohr außen herum zurück und in einen ersten stromaufwärtigen Abschnitt desselben hinein gesaugt wird.

[0002] Derartige Ölbrenner, bei welchen unmittelbar aus der Brennkammer entnommenes, heißes Abgas in den Beginn der Brennkammer bzw. einem in dieser vorgesehenen Rohr zurückgeführt werden, sind als sogenannte Blaubrenner bzw. Vergasungsölbrenner bekannt (vgl. DE-C-19 19 011, 27 00 671, 28 43 002, 30 07 436, DE-A-28 12 960, EP-A-18 602, 48 438 und 109 585). Diese bekannten Ölbrenner haben den Vorteil einer besonders rußfreien und vollständigen Verbrennung bei gutem wärmetechnischen Wirkungsgrad. Allerdings erreichen die bekannten Ölbrenner ihren guten Wirkungsgrad nur in einem relativ schmalen Leistungsbereich.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner der eingangs genannten Gattung unter Beibehaltung bzw. Ausweitung der an sich vorhandenen Vorteile im Hinblick auf einen verkleinerten Schadstoffausstoß und einen vergrößerten Leistungsbereich, in dem der Brenner optimal arbeitet, zu verbessern.

[0004] Diese Aufgabe wird bei einem Ölbrenner der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sowohl die die Ölzerstäubungseinrichtung umgebende Verbrennungsluft-Zuführung als auch ein stromabwärts gelegener zweiter Abschnitt des Mischrohres mit einem Gemisch von aus dem Kessel entnommenem, abgekühltem Abgas und, Verbrennungsluft beaufschlagbar ist.

[0005] In einer konkreten Ausführungsform kann dies im einzelnen dadurch erreicht werden, daß sowohl die die Ölzerstäubungseinrichtung umgebende Verbrennungsluft-Zuführung als auch der stromabwärts gelegene zweite Abschnitt des Mischrohres mit einer Leitung zum Zuführen von Verbrennungsluft und einer Leitung zum Zuführen von abgekühltem Abgas über eine Mischvorrichtung verbunden ist.

[0006] Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ölbrenners bilden sich in der Brennkammer und in dem in dieser angeordneten Mischrohr zwei verschiedene Reaktionszonen aus:

In der ersten Reaktionszone, die im ersten Abschnitt des Mischrohres liegt, kommt es durch die hohe Temperatur, die durch die Rückführung von heißem Abgas aus der Brennkammer und abgekühltem Abgas des Kessels erreicht wird, zu einer vollständigen Vergasung des Öls, wobei diese Vergasung ohne Rußbildung erfolgt. In der zweiten Reaktionszone, die sich im zweiten Abschnitt des Mischrohres befindet, kommt es durch die Zufuhr des Gemisches aus Abgas (bereits abgekühlt) und Verbrennungsluft zu einer Abkühlung der Reaktionsgase, so daß bei der gleichzeitigen Verbrennung zu hohe Temperaturen vermieden werden, welche insbesondere die Bildung von Stickoxiden fördern würden.

[0007] Die beiden Reaktionszonen sind im Hinblick auf eine vollständige Verbrennung und eine möglichst hohe Wärmeausbeute einerseits sowie zur Verkleinerung des Anfalls an Schadstoffen im Abgas getrennt voneinander regelbar. Dabei bewährt es sich im Rahmen der Erfindung, wenn im ersten stromaufwärts gelegenen Abschnitt des Mischrohres ein unterstöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff und im zweiten Abschnitt des Mischrohres ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff eingestellt ist.

[0008] Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindunsgemäßen Ölbrenners sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölbrenners, die als nicht beschränkendes Beispiel in den Zeichnungen wiedergegeben ist. Es zeigt

Figur 1 einen Ölbrenner in Längsschnitt und

Figur 2 das Regelsystem des Ölbrenners.

[0009] Gemäß Figur 1 ist eine in der Längsachse des Ölbrenners angeordnete Ölzerstäubungseinrichtung 1 von einem beispielsweise zylindrischen Gehäuse 22 umgeben, dessen radial innerer Bereich 2 im Bereich einer Blendenöffnung 3 ausmündet. Stromabwärts der Blendenöffnung 3 ist ein koaxial zur Längsachse des Brenners angeordnetes, an beiden Enden offenes Mischrohr 4 vorgesehen. Das Mischrohr 4 hat einen ersten Abschnitt 5, der einen größeren Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als die Blendenöffnung 3. Das Mischrohr 4 besitzt weiters einen zweiten Abschnitt 6, der einen größeren Durchmesser aufweist als der erste Abschnitt 5 desselben. Die Erweiterung 7 des Mischrohres 4 ist als Stufe ausgebildet und liegt etwa in dessen Längsmitte.

[0010] Das Mischrohr 4 ist in einer Brennkammer 8 angeordnet, die sich an das Gehäuse 22 anschließt. Die Brennkammer 8 umfaßt einen ersten Abschnitt 9, der etwa bis zur Erweiterung 7 des Mischrohres reicht, und einen zweiten Abschnitt 10, dessen Öffnung 11 zu einem nicht gezeichneten Kessel führt.

[0011] Der erste Abschnitt 9 der Brennkammer 8 ist durch einen zur Brennerachse koaxialen Einbau in einen radial äußeren Mantel 12 und einen radial innerhalb anschließenden Ringraum 13 unterteilt, in dem sich der erste stromaufwärts der Erweiterung 7 gelegene Abschnitt 5 des Mischrohres 4 befindet. Der Ringraum 13 verbindet den zweiten Abschnitt 10 der Brennkammer 8, mit der im Bereich der Blendenöffnung 3 vorgesehenen Mündung des Mischrohres 4. Durch Injektorwirkung des aus der Blendenöffnung 3 austretenden und zum Mischrohr 4 hin strömenden Gasgemisches wird aus dem zweiten Abschnitt 10 der Brennkammer 8 stammendes, heißes Abgas durch den Ringraum 13, d. h. am Mischrohr 4 außen vorbei zurück und in dieses hinein gesaugt.

[0012] Das Innere des Gehäuses 22, in dem sich die Ölzerstäubungseinrichtung 1 befindet, wird sowohl in ihrem radial inneren Bereich 2 als auch in ihrem radial äußeren Bereich 16 mit einem Gemisch von aus dem Kessel entnommenem (abgekühltem) Abgas und Verbrennungsluft beaufschlagt. Diese Beaufschlagung erfolgt über in Figur 1 nicht gezeigte und in Figur 2 schematisch angedeutete Leitungen, die über eine Mischvorrichtung MV zum Gehäuse 22 führen.

[0013] Im Gehäuse 22 ist noch eine Leitung 14 vorgesehen, über die bei Bedarf oder im Dauerbetrieb gasförmiger Brennstoff zugeführt werden kann, der dann über radial ausgerichtete Öffnungen 15 in der Blendenöffnung 3 austritt.

[0014] Weiters ist innerhalb des Gehäuses 22 eine Zündeinrichtung 19 vorgesehen.

[0015] Der radial äußere Bereich 16 des Innenraumes des Gehäuses 22 ist über einen Auslaß 17, der als Mengenregelvorrichtung ausgebildet ist und beispielsweise zwei gegeneinander verdrehbare, gelochte Ringe besitzt, mit dem äußeren Mantel 12 des ersten Abschnittes 9 der Brennkammer 8 verbunden. Das etwa im Bereich der Erweiterung 7 des Mischrohres 4 liegende Ende des radial äußeren Mantels 12 der Brennkammer 8 ist über bezüglich des Mischrohres 4 radial ausgerichtete Leitungen 18 mit dem Mischrohr 4 verbunden. Durch die Injektorwirkung an der stufenförmigen Erweiterung 7 des Mischrohres 4 wird das Gemisch aus abgekühltem Abgas und Verbrennungsluft im Mischrohr 4 gut mit dem aus dem ersten Abschnitt 5 des Mischrohres 4 in dessen zweiten Abschnitt 6 tretenden, heißen Gasgemisch vermischt.

[0016] Im ersten Abschnitt 5 des Mischrohres 4 wird ein unterstöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff ( δ≤ 1) eingestellt. Im zweiten stromabwärtsgelegenen Abschnitt 6 des Mischrohres 4 wird ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff (δ = 1) eingestellt. Die Regelung des Verhältnisses im ersten Abschnitt des Mischrohres 4 erfolgt über entsprechende Regelventile in der Verbrennungsluft und/oder Ölzuleitung, wie dies anhand von Figur 2 noch erläutert werden wird. Die Regelung des Verhältnisses zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff im zweiten Abschnitt 6 des Mischrohres 4 erfolgt über die dem Auslaß 17 zugeordnete Mengenregelvorrichtung.

[0017] Eine δ -Sonde, die, wie in Figur 2 schematisch angedeutet, am Ausgang des Kessels (d. h. nach dessen Wärmetauscher) angeordnet ist, sorgt dafür, daß im Bereich des zweiten Abschnittes 6 des Mischrohres 4 das stöchimetrische Verhältnis zwischen Luft, Sauerstoff und Brennstoff ( r5 = 1) möglichst genau eingehalten wird.

[0018] Eine in der Brennkammer 8, und zwar in deren zweiten Abschnitt 10 vorgesehene Ionisationssonde IS überwacht die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 8.

[0019] Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind im Bereich der Brennkammer 8 Wärmedämmschichten 20 und 21 vorgesehen, die einerseits den ersten Abschnitt 9 der Brennkammer 8 vom zweiten Abschnitt 10 derselben trennen und anderseits zwischen dem radial äußeren Mantel 12 und dem Ringraum 13 im ersten Abschnitt 9 der Brennkammer 8 vorgesehen sind.

[0020] Wenn der erfindungsgemäße Ölbrenner mit Vollast betrieben wird, dann findet die Verbrennung vorwiegend außerhalb des Mischrohres 4 im zweiten Abschnitt 10 der Brennkammer 8 statt. Bei Teillast, d. h. bei gedrosselter Brennstoffzufuhr, kann die Verbrennungsfront bis in die Nähe des ersten Abschnittes 5 des Mischrohres 4, d. h. etwa in den Bereich der Erweiterung 7 des Mischrohres 4, zurückfallen. Auch bei dieser Betriebsweise des erfindungsgemäßen Ölbrenners bleiben die Vorteile der vollständigen und schadstoffarmen Verbrennung erhalten.

[0021] Nachfolgend wird eine Steuerung für den erfindunsgemäßen Ölbrenner unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert. In dieser Figur sind die Gas-, Öl- und Luftleitungen in durchgehenden Linien und die elektrischen Steuerleitungen strichliert eingezeichnet. Weiters ist in Figur 2 der Brenner B, der Kessel K und eine Prozeßsteuereinheit P eingezeichnet.

[0022] In Figur 2 ist auch die Leitung für die Zuführung von Verbrennungsluft, die in einem regelbaren Mischventil MV mit einer Leitung zur Rückführung von, aus dem Kessel entnommenem Abgas vereinigt ist. Die Leitung für aus dem Kessel entnommenes Abgas ist eine Niedertemperaturabgasrückführung (NT-ARF in Figur 2). Nach dem Mischventil MV strömt das Gemisch aus Abgas und Verbrennungsluft zu einem Gebläse G, von dem es über eine nicht näher bezeichnete Leitung dem Brenner B, d. h. dessen Gehäuse 22, zugeführt wird. Heizöl wird dem Brenner B (dessen Ölzerstäubungseinrichtung 1) über eine Leitung zugeführt, über der eine Pumpe PU und ein Regelventil vorgesehen ist.

[0023] Falls die Öffnungen 15 in der Blendenöffnung 3 mit Gas beaufschlagt werden sollen, wird dieses über eine Leitung für gasförmigen Brennstoff, in der ebenfalls ein Regelventil vorgesehen ist, zugeführt.

[0024] Eine Antriebseinheit M treibt sowohl das Gebläse G als auch die Ölpumpe P an.

[0025] Die im Brenner B stattfindende Rückführung von heißem, aus der Brennkammer 8 stammendem Abgas um das Mischrohr ₄ außen herum, ist in Figur 2 durch einen mit HT-_ARF bezeichneten Pfeil (Hochtemperaturabgasrückführung) angedeutet.

[0026] Die Prozeßsteuereinheit P wird durch folgende Signale beaufschlagt:

Signale über die Flammentemperatur, über welche von der Ionisationssonde IS abgegeben werden,

Signale über den Restsauerstoffgehalt im Abgas des Kessels K, welche von der δ-Sonde δS abgegeben werden und

Signale über die Temperatur, die von einem Temperaturfühler TF, der im Kessel vorgesehen ist, abgegeben werden.

[0027] Die Ausgänge der Prozeßsteuereinheit P sind jeweils mit dem Mischventil MV (für das Gemisch aus Verbrennungsluft und Abgas) der Antriebseinheit M, dem Regelventil in der Ölleitung und dem Regelventil in der Gasleitung verbunden.

[0028] Weiters ist der entsprechende Ausgang der Prozeßsteuereinheit P mit der Zündung Z des Brenners (in Figur 1 Zündeinrichtung 19) verbunden.

[0029] Bei dem beschriebenen, erfindungsgemäeßn Ölbrenner (Bauart Vergasungsölbrenner oder Blaubrenner), der durch die an Hand von Figur 2 beschriebene Prozeßsteuerung gesteuert werden kann, wird also einerseits unmittelbar aus der Brennkammer 8 stammendes, heißes Abgas am Mischrohr 4 außen entlang aus der Brennkammer 8 zum stromaufwärtsge- _legenen, der Blende 3 im Brenner benachbarten Ende des Mischrohres 4 hin und in dieses hineingesaugt. Anderseits wird die Verbrennungsluftzuführung im die Ölzerstäubungseinrichtung 1 umgebenden Bereich 2 und ein stromabwärtsgelegener, zweiter Abschnitt des Mischrohres 4 mit einem Gemisch aus abgekühltem, dem Kessel entnommenem Abgas und Verbrennungsluft beaufschlagt. Im Mischrohr bilden sich daher zwei Reaktionszonen aus. In der ersten Reaktionszone, die sich im ersten Abschnitt 5 des Mischrohres 4 befindet, kommt es durch die hohe Temperatur des aus der Brennkammer 8 rückgeführten, heißen Abgases zu einer vollständigen Vergasung des über die Ölzerstäubungseinrichtung 1 zugeführten Öls und die Verbrennung beginnt, wobei vorzugsweise Sauerstoffmangel herrscht (A4 1). In der darauf folgenden zweiten Reaktionszone, die sich im zweiten Abschnitt 6 des Mischrohres 4 befindet, erfolgt dann die vollständige Verbrennung, wobei ein Gemisch aus abgekühltem Abgas und Verbrennungsluft zugeführt wird, so daß die Verbrennungstemperatur nicht zu hoch wird, weil die Reaktionsgase abgekühlt werden. Von besonderem Vorteil beim erfindunsgemäßen Ölbrenner ist es, daß die beiden Reaktionszonen getrennt voneinander geregelt werden können, so daß eine vollständige Verbrennung eine höchstmögliche Wärmeausbeute (größtmöglicher Wirkungsgrad) gewährleistet sind und gleichzeitig der Anteil von Schadstoffen, insbesondere auch von Stickoxiden (NOX) sehr klein gehalten ist.

Ansprüche

1. Ölbrenner mit einer Ölzerstäubungseinrichtung (1), einer diese koaxial umgebenden Verbrennungsluft-Zuführung (2, 16), die in eine Blendenöffnung (3) mündet, sowie mit einem an seinen beiden Enden offenen Mischrohr (4) für Brennstoff, Verbrennungsluft und Abgas, das stromabwärts der Blendenöffnung (3) in einer Brennkammer (8) angeordnet ist, wobei unmittelbar aus der Brennkammer (8) stammendes Abgas um das Mischrohr (4) außen herum zurück und in einen ersten stromaufwärtigen Abschnitt desselben hinein gesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die die Ölzerstäubungseinrichtung (1) umgebende Verbrennungsluft-Zuführung (2, 16) als auch ein stromabwärts gelegener zweiter Abschnitt (6) des Mischrohres (4) mit einem Gemisch von aus dem Kessel entnommenem, abgekühltem Abgas und Verbrennungsluft beaufschlagbar.

2. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die die Ölzerstäubungseinrichtung (1) umgebende Verbrennungsluft-Zuführung (2, 16) als auch ein stromabwärtsgelegener zweiter Abschnitt (6) des Mischrohres (4) mit einer Leitung zum Zuführen von Verbrennungsluft und einer Leitung zum Zuführen von abgekühltem Abgas über eine Mischvorrichtung verbunden ist.

3. Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten stromaufwärts gelegenen Abschnitt (5) des Mischrohres (4) ein unterstöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff und im zweiten Abschnitt (6) des Mischrohres (4) ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff eingestellt ist.

4. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (12, 16) zum Zuführen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in den zweiten Abschnitt (6) des Mischrohres (4) eine Mengenregelvorrichtung vorgesehen ist.

5. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (6) des Mischrohres (4) gegenüber seinem ersten Abschnitt (5) erweitert ist.

6. Ölbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (7) des Mischrohres (4) als Stufe ausgebildet ist und sich etwa in der Mitte der Längserstreckung des Mischrohres (4) befindet.

7. Ölbrenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (12, 16) zum Zuführen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in den zweiten Abschnitt (6) des Mischrohres (4) im Bereich seiner Erweiterung (7) von außen her (18) einmündet.

8. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) einen ersten, etwa bis zur Erweiterung (7) des Mischrohres (4) reichenden Abschnitt (9) mit einem radial äußeren, vom Gemisch aus Abgas und Verbrennungsluft durchströmten Mantel (12) und einen daran radial innerhalb anschließenden Ringraum (13) für die Rückführung von unmittelbar aus der Brennkammer (8) stammendem Abgas in den ersten Abschnitt (5) des Mischrohres (4) aufweist und daß der äußere Mantel (12) über bezüglich des Mischrohres (4) radial ausgerichtete Leitungen (18) mit dem Mischrohr (4) im Bereich seiner Erweiterung (7) verbunden ist.

9. Ölbrenner nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (2, 16) zum Zuführen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in ihrem radial äußeren Bereich (16) über einen regelbaren Auslaß (17) mit dem radial äußeren Mantel (12) des ersten _Ab-schnittes (9) der Brennkammer (8) verbunden ist.

Zeichnung