Ölbrenner

Abstract

 Ein Ölbrenner hat eine Öldüse (2), die mittels einer Ölzufuhrleitung (6) mit Öl versorgbar und aus der ein Ölstrahl (8) abstrahlbar ist, eine Zerstäuberdüse (3), die stromab der Öldüse (2) angeordnet und mittels einer Gaszuleitung (14) mit verdichtetem Zerstäubergas versorgbar ist und in der ein sich in Öffnungsrichtung erweiternder Düsenraum (10) ausgebildet ist, in dem der Ölstrahl (8) und das Zerstäubergas durchmischbar und der entstehende Öl/Zerstäubergasstrom (4) mit einem Drall beaufschlagbar sind, und einem Brennerrohr (18), das die Öldüse (2) und die Zerstäuberdüse (3) koaxial umgibt, das mit einem stromabwärtigen Endabschnitt über die Austrittsfläche (16) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) vorsteht und durch das der aus der Zerstäuberdüse (3) austretende durchmischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom (4) mit einem Verbrennungsluftstrom (5) beaufschlagbar ist.
Um im Ölbrenner Ruß- oder Koksablagerungen zu verhindern, sind in der Zerstäuberdüse (3) Gasabstrahlkanäle (11) ausgebildet, die in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des aus der Öldüse (2) austretenden Ölstrahls (2) angeordnet sind und deren Längsachsen (12) einen Abstand zur Hauptströmungs- bzw. Mittelachse (9) des Ölstrahls (8) aufweisen, und beträgt die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle (11) das 0,5- bis 0,9-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche (17) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölbrenner mit einer Öldüse, die mittels einer Ölzufuhrleitung mit Öl versorgbar und aus der ein Ölstrahl abstrahlbar ist, einer Zerstäubergasdüse, die stromab der Öldüse angeordnet und mittels einer Gaszuleitung mit verdichtetem Zerstäubergas versorgbar ist und in der ein sich in Öffnungsrichtung erweiternder Düsenraum ausgebildet ist, in dem der Ölstrahl und das Zerstäubergas durchmischbar und der entstehende Öl/Zerstäubergasstrom mit einem Drall beaufschlagbar sind, und einem Brennerrohr, das die Öldüse und die Zerstäubergasdüse koaxial umgibt, das mit seinem stromabwärtigen Endabschnitt über die Austrittsfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse vorsteht und durch das der aus der Zerstäubergasdüse austretende durchmischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom mit Verbrennungsluft beaufschlagbar ist.

[0002] Im Betrieb derartiger Ölbrenner können Ruß- und/oder Koksablagerungen nicht ausgeschlossen werden, durch die der Betrieb einer Feuerungsanlage bzw. eines Ofens empfindlichen Störungen unterworfen ist. So können hierdurch die Flammenausbreitung und damit die Wärmeübertragungseigenschaften des Ölbrenners in unerwünschter Weise beeinflußt werden, kann es zu einer lokalen Überhitzung einzelner Bauteile des Ölbrenners kommen, wobei insbesondere das Flammrohr und die Brennkammer bzw. der Brennerstein zu nennen sind, können die Zündfähigkeit und die Flammüberwachung beeinträchtigt werden, kann eine Verschmutzung des zu erwärmenden Gutes in einer direkt befeuerten Ofen-, Trocknungs- oder Wärmebehandlungsanlage auftreten oder kann es zu Verstopfungen der Züge einer Kesselanlage kommen.

[0003] Dies gilt insbesondere hinsichtlich Hochgeschwindigkeitsbrennern mit einer am Austritt querschnittsreduzierten Brennkammer, in der sich besonders schnell, oft schon nach kurzer Betriebsdauer, Ruß- und/oder Koksablagerungen ansammeln.

[0004] Auch an Flachflammenbrennern können derartige Ruß- und/oder Koksablagerungen zu erheblichen Beeinträchtigungen führen, da bei solchen Flachflammenbrennern die Flammentemperatur durch Abgasrückführung soweit abgekühlt sein kann, daß ein Nachverbrennen auftretender Feststoffpartikel nicht mehr erfolgt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner zu schaffen, dessen Flamme frei von unverbrannten Kohlenstoffpartikeln ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch einen Ölbrenner gelöst, in dessen Zerstäubergasdüse Gasabstrahlkanäle ausgebildet sind, die in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des aus der Öldüse austretenden Ölstrahls angeordnet sind und deren Längsachsen einen Abstand zur Hauptströmungs- bzw. Mittelachse des Ölstrahls aufweisen, und bei dem die Summe der Austrittsflächenguerschnitte der Gasabstrahlkanäle das 0,5- bis 0,9-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse beträgt. Bei einem derartigen Ölbrenner wird das zu verbrennende Öl durch ein verdichtetes Zerstäubergas feinst zerstäubt und dabei partiell verdampft, so daß die Flamme des Brenners von ihrer Wurzel an wie eine Gasflamme blau-violett gefärbt ist. Eine derartige Flamme ist frei von unverbrannten Kohlenstoffpartikeln, sie ist sauber, d.h. sie verursacht weder Ruß- noch Koksablagerungen am Ölbrenner oder im Feuerungsraum, noch trägt sie derartige Kohlenstoffpartikel in die Umgebung. Durch die Düsengestaltung des erfindungsgemäßen Ölbrenners wird das Öl zunächst vorzerstäubt und dann von einem axial rotierenden Zerstäubergasstrom feiner zerteilt und in eine vornehmlich radiale Abströmrichtung umgelenkt, wobei der Öffnungswinkel der Abströmung zwischen 90 und 180 Grad beträgt. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ölbrennern, bei denen normalerweise der Öffnungswinkel unter 90 Grad liegt, ergibt sich im Falle des erfindungsgemäßen Ölbrenners ein beträchtlich vergrößerter Öffnungswinkel. Hierdurch wird der Öl/Zerstäubergasstrom auf einen größeren Abströmquerschnitt auseinandergezogen, während im Bereich der Hauptströmungs- bzw. Mittelachse des aus der Öldüse abgestrahlten Ölstrahls stromab vor dem Düsenbereich des Ölbrenners eine Zone statischen Unterdrucks entsteht, in die stromauf in Richtung zum Düsenbereich des Ölbrenners Gas aus der Umgebung zurückgeführt wird. Ist dieses rückgeführte Gas bereits als Verbrennungsprodukt erhitzt, überträgt es einen Teil seiner fühlbaren Wärme auf den abströmenden Öl/Zerstäubergasstrom, wodurch die Öltröpfchen verdampfen und nach Mischung des Öl/Zerstäubergasstroms mit dem Verbrennungsluftstrom, der etwa 95 % der zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Luftmenge enthält, rußfrei verbrennen. Die Verdampfung der Öltropfen ist bei dem vorstehend geschilderten Effekt so intensiv, daß durch unterstöchiometrische Teilverbrennung ein reduzierendes Schutzgas rußfrei erzeugt werden kann. Soweit sich der Öffnungswinkel des abströmenden Öl/Zerstäubergasstroms bei veränderlichem Mengendurchsatz nicht ändert, erfolgt die Verbrennung ruß- und auch rauchfrei mit gleichbleibend blauer Flamme in weiten Grenzen unabhängig von der Leistung.

[0007] Als besonders vorteilhaft für den zweckmäßigen Betrieb des erfindungsgemäßen Ölbrenners hat sich ein solches Ausführungsbeispiel herausgestellt, bei dem die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle ca. das 0,7-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse beträgt.

[0008] Eine intensivere Drallbeaufschlagung des Öl/Zerstäubergasstroms läßt sich erreichen, wenn der Ölstrahl bereits in der Öldüse mit einem Drall beaufschlagt wird.

[0009] Sofern der erfindungsgemäße Ölbrenner als Flachflammenbrenner ausgelegt sein soll, ist es dann vorteilhaft, wenn der in der Öldüse bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist.

[0010] Dahingegen werden ein feinerer Ölnebel und ein kompakterer Ausbrand erzielt, wenn der in der Öldüse bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuber- bzw. Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist.

[0011] Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, im Brennerrohr eine Drallscheibe anzuordnen, mittels der auch der zugeführte Verbrennungsluftstrom mit einem Drall beaufschlagbar ist.

[0012] Hierbei gilt ebenfalls, daß der Ölbrenner insbesondere als Flachflammenbrenner vorteilhaft eingesetzt werden kann, wenn der mittels der Drallscheibe bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist. Bei einem derartigen Flachflammenbrenner sollten dann sowohl der Ölstrahl als auch die Zerstäubergasstrahlen als auch der Verbrennungsluftstrom gleichsinnig mit einem Drall beaufschlagt werden.

[0013] Wenn der Betrieb des erfindungsgemäßen Ölbrenners in einem weiten Leistungsbereich stetig variiert werden soll, sollte der mittels der Drallscheibe bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall sein, der wiederum ggf. gegensinnig zu dem den Ölstrahl in der Öldüse beaufschlagenden Drall sein sollte.

[0014] Die Zusammenführung des Öl/Zerstäubergasstroms mit dem Verbrennungsluftstrom läßt sich verbessern, wenn stromab der Drallscheibe und stromauf eines Mischabschnitts, in dem der Verbrennungsluftstrom auf den Öl/Zerstäubergasstrom trifft, eine die Zerstäuberdüse koaxial umgebende Trennscheibe angeordnet ist, mittels der der für den Verbrennungsluftstrom zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt reduziert ist.

[0015] Insbesondere für die Verwendung als Flachflammenbrenner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn in der Zerstäuberdüse stromauf derer engsten Strömungsguerschnittfläche eine Vorverwirbelungskammer ausgebildet ist.

[0016] Der Durchmesser des Düsenraums der Zerstäuberdüse kann sich stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche linear oder progressiv vergrößern. Je nach Einsatzart des erfindungsgemäßen Ölbrenners kann eine lineare oder aber eine progressive Vergrößerung des Durchmessers des Düsenraums zweckmäßig sein.

[0017] Zwecks Erleichterung des Ersatzes bzw. des Austausches kann die Zerstäuberdüse vorteilhaft als separates Bauteil ausgebildet und mittels der Öldüse unter Federspannung gegen einen für sie an einem Brennerkopf des Ölbrenners vorgesehenen Sitz anpreßbar sein.

[0018] Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

[0019] Es zeigen:

Figur 1

eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölbrenners;

Figur 2

eine Prinzipdarstellung einer Zerstäuberdüse des erfindungsgemäßen Ölbrenners gemäß Figur 1;

Figur 3

eine vergrößerte Schnittdarstellung der Zerstäuberdüse des Ölbrenners gemäß Figur 1;

Figur 4

eine Schnittdarstellung einer Zerstäuberdüse einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölbrenners;

Figur 5

ein Betriebsdiagramm der Zerstäuberdüse gemäß den Figuren 2 und 3;

Figur 6

ein Betriebsdiagramm der Zerstäuberdüse gemäß Figur 4.

[0020] In einem in Figur 1 dargestellten Ölbrenner 1 wird Öl aus einer Öldüse 2 abgestrahlt und in einer Zerstäuberdüse 3 mit einem Zerstäubergas gemischt und von Zerstäubergasstrahlen verdrallt, bevor der gemischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom 4 mit einem Verbrennungsluftstrom 5 zusammengeführt wird.

[0021] Die Öldüse 2 wird über eine Ölzufuhrleitung 6, in der nicht dargestellte Ventile vorgesehen sind und die an eine ebenfalls nicht dargestellte Ölpumpe angeschlossen ist, mit einem einstellbaren Ölstrom 7 versorgt. Die Öldüse 2 dient zur Dosierung eines Ölstrahls 8 und ist darüber hinaus in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß der sie verlassende Ölstrahl 8 mit einem um seine Hauptströmungsachse 9 herumgerichteten Drall beaufschlagt ist.

[0022] In Strömungsrichtung des Ölstrahls 8 ist hinter der Öldüse 2 die Zerstäuberdüse 3 angeordnet. Die Zerstäuberdüse 3 bildet einen sich trompetenartig erweiternden Düsenraum 10 aus, in den der verdrallte Ölstrahl 8 eingestrahlt wird. Nahe dem öldüsenseitigen Ende des sich trompetenartig erweiternden Düsenraums 10 sind etwa in Radialrichtung der Zerstäuberdüse 3 verlaufende Gasabstrahlkanäle 11 ausgebildet. Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, sind die Gasabstrahlkanäle 11, von denen bei der dargestellten Ausführungsform sechs vorgesehen sind, im gleichen Umfangsabstand zueinander um die Mittelachse des Düsenraums 10 bzw. die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8 herum angeordnet. Die Längsachsen 12 der Gasabstrahlkanäle 11 schneiden jedoch nicht die senkrecht zu ihnen verlaufende Mittelachse bzw. Hauptströmungsachse 9, sondern sind mit einem Abstand 13 parallel versetzt zu die Mittelachse bzw. die Hauptströmungsachse 9 schneidenden Radien angeordnet.

[0023] Die Zerstäuberdüse 3 ist über eine im Ölbrennerbereich koaxial zur Ölzufuhrleitung 6 verlaufende Gaszuleitung 14 an eine im einzelnen nicht dargestellte Druckgasquelle angeschlossen. Als Zerstäuber- bzw. Druckgas kann z.B. Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf dienen. Der Zerstäubergasstrom 15 wird in die Gasabstrahlkanäle 11 aufgeteilt, aus denen er mit hoher Geschwindigkeit quasi tangential bzw. sekantial auf den Ölstrahl 8 trifft und diesen demgemäß mit einem Drall beaufschlagt, der dem ursprünglichen, durch die Öldüse 2 vorgegebenen Drall des Ölstrahls 8 entgegengesetzt ist. Hierdurch entsteht der gut durchmischte, den Düsenraum 10 der Zerstäuberdüse 3 durch dessen Austrittsfläche 16 etwa radial zur Mittelachse des Düsenraums 10 verlassende Öl/Zerstäubergasstrom 4.

[0024] Die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der in der dargestellten Ausführungsform sechs Gasabstrahlkanäle 11 beträgt ca. das 0,7-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3.

[0025] Der im wesentlichen in Radialrichtung den Düsenraum 10 verlassende Öl/Zerstäubergasstrom 4 wird dann mit dem Verbrennungsluftstrom 5, der durch ein im Ölbrennerbereich koaxial zur Gaszuleitung 14 angeordnetes Brennerrohr 18 von einer nicht dargestellten Luftquelle zugeführt wird, vermischt. Vor seinem Zusammentreffen mit dem Öl/Zerstäubergasstrom 4 durchläuft der Verbrennungsluftstrom 5 eine zwischen der Gaszuleitung 14 und dem Brennerraum 18 sitzende, ringförmige und von Verdrallungskanälen 19 durchsetzte Drallscheibe 20, in der er mit einem Drall beaufschlagt wird, der dem des den Düsenraum 10 der Zerstäuberdüse 3 in Radialrichtung verlassenden Öl/Zerstäubergasstroms 4 entgegengesetzt ist. Vor seinem Eintritt in den vom über die Zerstäuberdüse 3 vorstehenden Abschnitt des Brennerrohres 18 in dessen radialen Außenbereichen gebildeten Mischabschnitt 21 wird der verdrallte Verbrennungsluftstrom 5 von einer Trennscheibe 22, die den für den Verbrennungsluftstrom 5 verfügbaren Strömungsquerschnitt des Brennerrohres 18 auf einen vergleichsweise kleinen Außenringquerschnitt verkleinert, gestaut. Im über die Zerstäuberdüse 3 vorstehenden Teil des Brennerrohres 18 und in einem noch über das betreffende Ende des Brennerrohres 18 vorstehenden Teil eines Flammrohres 23 findet nun der Verbrennungsvorgang statt.

[0026] In dem beschriebenen Ölbrenner können sowohl leichtflüchtige als auch hochsiedende Öle in einem großen Leistungsbereich, auch bei Ofenraumtemperaturen > 1300 Grad C, verbrannt werden. Das verdichtete Zerstäubergas, z.B. Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf, hat beim Austritt aus den engen, parallel versetzt zu Radien angeordneten, senkrecht zur Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8 verlaufenden Gasabstrahlkanälen 11 eine hohe Geschwindigkeit. Diese Zerstäubergasstrahlen umhüllen den aus der Öldüse 2 unter Druck austretenden Ölstrahl 8 rotierend, durchsetzen und beschleunigen ihn, zerteilen die Öltröpfchen feiner durch Scherkräfte und verdrallen den entstehenden Ölnebel um die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8. Infolge der durch den Drall verursachten Zentrifugalkräfte strömt der gemischte Öl/Zerstäubergasstrom 4 entlang der nach außen gekrümmten Hüllfläche des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3 und verläßt ihn in vornehmlich radialer Richtung, d.h., senkrecht zur Hauptströmungsachse 9 des aus der Öldüse 2 austretenden Ölstrahls 8 unter Ausbildung eines achsnahen, rotationssymmetrischen Raums 24 statischen Unterdrucks.

[0027] Der kreisringförmig radial nach außen durch den Raum 25 abströmende Öl/Zerstäubergasstrom 4 vermischt sich im ringförmig ausgebildeten Mischabschnitt 21 mit dem aus dem Ringraum 26 zuströmenden Verbrennungsluftstrom 5. Ein Teil hiervon wird unter Ausbildung eines Toroids als brennendes, hocherhitztes Gemisch in den achsnahen Raum 24 statischen Unterdrucks zurückgesaugt, wo es sich dem radial abströmenden Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Raum 25 beimengt, auf diesen einen Teil seiner fühlbaren Wärme überträgt und so zur Verdampfung des Ölnebels beiträgt.

[0028] Sofern das den Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Raum 25 bildende Gemisch selbst zündfähig ist, tritt die Flammenfront bis in den sich in Stromabrichtung progressiv erweiternden Düsenraum 10 innerhalb der Zerstäuberdüse 3 zurück, wodurch das den Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Bereich der Hüllfläche des Düsenraums 10 bildende kompakte Gemisch hoch erhitzt wird. Durch die starke radiale Aufweitung des Öl/Zerstäubergasstroms 4 bis in den ringförmigen Mischabschnitt 21, wobei sich der Öl/Zerstäubergasstrom 4 aufgrund des COANDA-Effektes an die äußere Düsenoberfläche 27 anschmiegt, und durch die infolge der Verbrennung eintretende thermische Expansion des Gases ist eine Rekombination und Agglomeration von Öltröpfchen, die Anlaß zur Rußbildung geben könnten, unmöglich. Das Öl/Luftgemisch brennt in einem relativ kleinen Brennraumvolumen vollständig aus, unter Entwicklung hoher Temperaturen bis in die öldüsennahen Bereiche des Raums 24 statischen Unterdrucks bzw. des Düsenraums 10.

[0029] Der Ausbrand in einem kleinen Brennraumvolumen erlaubt den Einsatz des vorstehend beschriebenen Ölbrenners 1 für Hochgeschwindigkeitsbrenner und besonders für Flachflammenbrenner, für die bislang vornehmlich Gasbrenner verwendet werden, in solchen Ofenanlagen, bei denen aus verfahrenstechnischen Gründen die Flammenführung entlang der inneren Ofenwand oder Ofendecke erfolgt.

[0030] Die für die radiale Abströmung des Öl/Zerstäubergasstroms 4 geeignete Düsengestaltung des vorstehend beschriebenen Ölbrenners genügt den folgenden Kriterien:

• starker Drall des Zerstäubergases bzw. der Primärluft um die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8,
• Möglichkeit zur freien Expansion der Zerstäubergasstrahlen, soweit ihr Druck nicht vollständig in Geschwindigkeit umgesetzt ist,
• die Ausströmungsgeschwindigkeit des Öl/Zerstäubergasstroms 4 aus der Zerstäuberdüse 3 ist größer als die Zündgeschwindigkeit,
• die Berührungsfläche zwischen dem Öl/Zerstäubergasstrom 4 und der inneren Hüllfläche des Düsenraums 10 ist möglichst klein,
• ein feinerer Ölnebel und ein kompakterer Ausbrand werden erzielt, da die Drallrichtung des Ölstrahls 8 gegensinnig zur Drallrichtung des Zerstäubergases ist.

[0031] In den Figuren 2 und 3 ist detailliert die Düsengestaltung des in Figur 1 dargestellten Ölbrenners 1 gezeigt. Die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle 11 ist kleiner als die engste Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3. Da sich der Strömungsquerschnitt des Düsenraums 10 stromab vergrößert, wirkt ein evtl. noch vorhandener Restdruck der Zerstäubergasstrahlen beim Verlassen der Gasabstrahlkanäle 11 drallverstärkend. Dadurch liegt der Öl/Zerstäubergasstrom 4 an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 sicher an und verläßt den Düsenraum 10 unter einem Öffnungswinkel, der durch den Winkel Beta der Ausströmtangente 28 vorgegeben ist. Dieser Winkel Beta ist bei dieser Düsengestaltung in einem großen Bereich der Durchsatz- und der Gasdruckvariation weitgehend gleichbleibend. In Figur 5 ist die Abhängigkeit des Öffnungswinkels Alpha vom Vordruck des eintretenden Zerstäubergases dargestellt. Sieht man von dem Bereich < 0,2 bar ab, ist der Öffnungswinkel Alpha des abströmenden Öl/Zerstäubergasstroms 4 gleichbleibend bei zunehmendem Druck, bestimmt durch den Auslaufwinkel der Hüllfläche des Düsenraums 10 bzw. den Winkel Beta der Ausströmtangente 28. Das stromab der Zerstäuberdüse 3 verlaufende Strömungsprofil wird mit wachsendem Vordruck des Zerstäubergases konturenschärfer, die Einzelstrahlen des zuströmenden Zerstäubergases beginnen sich abzuzeichnen, die Hohlkalotte vor dem Mund der Zerstäuberdüse 3 wird ausgeprägter.

[0032] Demgegenüber zeigt eine Zerstäuberdüse 3 mit dem in Figur 4 dargestellten Querschnitt ein unterschiedliches Verhalten bei verschiedenen Vordrücken des Zerstäubergases. Bei dieser Zerstäuberdüse 3 münden die Gasabstrahlkanäle 11 in eine Vorverwirbelungskammer 29, deren Austrittsfläche die engste Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 bildet, der sich stromab stetig linear erweitert. Der abströmende Öl/Zerstäubergasstrom 4 liegt bei niedrigen Vordrücken des Zerstäubergases stets an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 an und verläßt die Zerstäuberdüse 3 mit einem Öffnungswinkel, der demjenigen der Zerstäuberdüse 3 gleich ist.

[0033] Mit zunehmendem Vordruck des Zerstäubergases kann die Strömung des Gemisches in eine rein radiale Strömung mit einem Öffnungswinkel > 180 Grad umschlagen, die bei weiter wachsendem Vordruck des Zerstäubergases ihre Kontur solange nicht verändert, bis sie ab einem bestimmten Vordruck des Zerstäubergases in eine axial gerichtete Strömung umschlägt, wobei der sich einstellende Öffnungswinkel mit weiter zunehmendem Vordruck des Zerstäubergases kleiner wird. Wird dann der Vordruck des Zerstäubergases verkleinert, schlägt die Strömung wieder in eine radial gerichtete Strömung um, jedoch bei wesentlich niedrigerem Vordruck des Zerstäubergases als beim Umschlag von radialer Strömung in axiale Strömung. Diese Hysterese ist im Diagramm gemäß Figur 6 für zwei verschiedene Zerstäuberdüsen 3 dargestellt. Der Umschlagpunkt von radial in axial wird beeinflußt vom Gegen- oder Gleichsinn der Drallrichtung des Öls und des Zerstäubergases, nicht jedoch der Umschlagspunkt von axialer in radiale Strömung.

[0034] Maßgeblich für das Anliegen des Öl/Zerstäubergasstroms 4 an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 oder gar das Umschlagen zu noch größeren Öffnungswinkeln ist das Verhältnis zwischen der Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle 11 und der engsten Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10. Ist dieses Verhältnis 0,6 bis 0,8, ist eine stabile radiale Abströmung des Öl/Zerstäubergasstroms 4 in einem großen Variationsbereich des Vordrucks des Zerstäubergases zu erwarten. Ist das Verhältnis nahezu 1 oder gar größer als 1, löst sich die Abströmung schon bei geringen Vordrucken des Zerstäubergases von der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 ab. Ist das Verhältnis < 0,5, ist ebenfalls keine stabile radiale Abströmung zu erwarten, weil dann der Einfluß des Ölstrahls aus der Öldüse 2 auf die Strömungskontur des Öl/Zerstäubergasstroms 4 abnimmt. Denn der Ölstrahl 8 weitet den Strahl des Öl/Zerstäubergasstroms 4 auf. Bei zu großer engster Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 ist der Mischvorgang zwischen Ölstrahl 8 und Zerstäubergas beeinträchtigt. Impulsaustausch und Übertragung von Scherkräften sind dann reduziert. Um dann noch ein zumindest teilweise blau-violettes Flammenbild zu erzeugen, ist die Einspeisung größerer Zerstäubergasmengen erforderlich.

[0035] Dies gilt besonders dann, wenn die Drallrichtung von Öl und Zerstäubergas gleich ist. Dann können die Zerstäubergasstrahlen den Ölstrahl 8 einhüllen und komprimieren, ohne ihn zu durchdringen. Intensive Koksbildung und -ablagerung im Raum vor der Zerstäuberdüse 3 sind dann die beobachtete Folge.

[0036] Welche Zerstäuberdüse 3 mit welchem Öffnungswinkel für einen optimalen Betrieb des Ölbrenners 1 gewählt werden sollte, ob die gemäß Figur 3 oder die gemäß Figur 4, hängt von der Art des Brennstoffs, vom Vordruck des verfügbaren Zerstäubergases, von der Geometrie der Brennkammer und von der gewünschten Flammenform ab.

[0037] Eine Zerstäuberdüse 3 gemäß Figur 4 mit radialer Abströmung ist besonders für den Einsatz in Flachflammenbrennern geeignet. Sie liefert vollständigen Ausbrand auf kleinstmöglichem Raum. Die Flammenform ist dann optimal, wenn der Ölstrahl 8, die Zerstäubergasstrahlen und der Verbrennungsluftstrom 5 gleichsinnig verdrallt sind.

[0038] Eine Zerstäuberdüse 3 gemäß Figur 3 ist dann optimal, wenn der Ölstrahl 8, die Zerstäubergasstrahlen und der Verbrennungsluftstrom 5 in einem weiten Leistungsbereich stetig variiert werden sollen.

Ansprüche

1. Ölbrenner mit einer Öldüse (2), die mittels einer Ölzufuhrleitung (6) mit Öl versorgbar und aus der ein Ölstrahl (8) abstrahlbar ist, einer Zerstäuberdüse (3), die stromab der Öldüse (2) angeordnet und mittels einer Gaszuleitung (14) mit verdichtetem Zerstäubergas versorgbar ist und in der ein sich in Öffnungsrichtung erweiternder Düsenraum (10) ausgebildet ist, in dem der Ölstrahl (8) und das Zerstäubergas durchmischbar und der entstehende Öl/Zerstäubergasstrom (4) mit einem Drall beaufschlagbar sind, und einem Brennerrohr (18), das die Öldüse (2) und die Zerstäuberdüse (3) koaxial umgibt, das mit seinem stromabwärtigen Endabschnitt über die Austrittsfläche (16) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) vorsteht und durch das der aus der Zerstäuberdüse (3) austretende durchmischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom mit einem Verbrennungsluftstrom (5) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zerstäuberdüse (3) Gasabstrahlkanäle (11) ausgebildet sind, die in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des aus der Öldüse (2) austretenden Ölstrahls (8) angeordnet sind und deren Längsachsen (12) einen Abstand (13) zur Hauptströmungs- bzw. Mittelachse (9) des Ölstrahls (8) aufweisen, und daß die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle (11) das 0,5- bis 0,9-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche (17) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) beträgt.

2. Ölbrenner nach Anspruch 1, bei dem die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle (11) ca. das 0,7-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche (17) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) beträgt.

3. Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ölstrahl (8) in der Öldüse (2) mit einem Drall beaufschlagt wird.

4. Ölbrenner nach Anspruch 3, bei dem der in der Öldüse (2) bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

5. Ölbrenner nach Anspruch 3, bei dem der in der Öldüse (2) bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

6. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Brennerrohr (18) eine Drallscheibe (20) angeordnet ist, mittels der der zugeführte Verbrennungsluftstrom (5) mit einem Drall beaufschlagbar ist.

7. Ölbrenner nach Anspruch 6, bei dem der mittels der Drallscheibe (20) bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

8. Ölbrenner nach Anspruch 6, bei dem der mittels der Drallscheibe (20) bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.

9. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem stromab der Drallscheibe (20) und stromauf eines Mischabschnitts (21), in dem der Verbrennungsluftstrom (5) auf den Öl/Zerstäubergasstrom (4) trifft, eine die Zerstäuberdüse (3) koaxial umgebende Trennscheibe (22) angeordnet ist, mittels der der für den Verbrennungsluftstrom (4) zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt reduziert ist.

10. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in der Zerstäuberdüse (3) stromauf derer engsten Strömungsquerschnittfläche (17) eine Vorverwirbelungskammer (29) ausgebildet ist.

11. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem sich der Durchmesser des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche (17) linear vergrößert.

12. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem sich der Durchmesser des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche (17) progressiv vergrößert.

13. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Zerstäuberdüse (3) als separates Bauteil ausgebildet und mittels der Öldüse (2) unter Federspannung gegen einen für sie an einem Brennerkopf des Ölbrenners (1) vorgesehenen Sitz anpreßbar ist.

Zeichnung