OIL BURNER

Abstract: 1. Oil burner with an oil atomizing device (1), a surrounding combustion air feed (2, 16, 12) coaxial thereto and which opens into an aperture (3), also with a mixing tube (4) open at both ends for fuel, combustion air and flue gas, which is arranged downstream of the aperture (3) in a combustion chamber (8), wherein flue gas emanating directly from the combustion chamber is sucked round the outside of the mixing tube and into a first, upstream section (5) of the same, characterized in that both the air combustion air feed (2, 16, 12) surrounding the oil atomizing device (1) and a second section (6) of the mixing tube (4) displaced downstream, which is enlarged relative to the first section (5) thereof are connected to a line for feeding combustion air and a line for feeding cooled flue gas through a mixing device, for feeding a mixture of flue gas from the boiler and combustion air, wherein the line (16, 12) for feeding the mixture of flue gas and combustion air opens from outside into the mixing tube (4) in the region of its enlargement (7).

Description: Ölbrenner Die Erfindung betrifft einen Ölbrenner mit einer Ölzer stäubungseinrichtung, 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. 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-A18 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. 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. 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. 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. 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. Die beiden Reaktionszonen sind im Hinblick auf eine vollständige Verbrennung und eine möglichst hohe Wärme aus beute 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Weiters ist innerhalb des Gehäuses 22 eine Zündeinrichtung 19 vorgesehen. 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 Erweite rung 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. Im ersten Abschnitt 5 des Mischrohres 4 wird ein unterstöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff (/S c 1) eingestellt. Im zweiten stromabwärtsgelegenen Abschnitt 6 des Mischrohres 4 wird ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff (4 = 1) eingestellt. Die Regelung des Verhältnisses im ersten Abschnitt des Mischrohres 4 erfolgt über entsprechende Regelventile in der Verbrennungsluft und/oder Öl zuleitung, 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. Eine 4-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 ( (S = 1) möglichst genau eingehalten wird. Eine in der Brennkammer 8, und zwar in deren zweiten Abschnitt 10 vorgesehene Ionisationssonde IS überwacht die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 8. 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. 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. Nachfolgend wird eine Steuerung für den erfindunsgemässen Ölbrenner unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert. In dieser Figur sind die Gas-, Ö1- und Luftleitungen in durchgehenden Linien und die elektrischen Steuerleitungen strichliert eingezeichnet. Weiters ist in Figur 2 der Brenner B, der Kessel K und eine Prozess steuereinheit P eingezeichnet. 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. 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. Eine Antriebseinheit M treibt sowohl das Gebläse G als auch die Ölpumpe P an. 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. Die Prozess steuereinheit 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 A -Sonde S abgegeben werden und Signale über die Temperatur, die von einem Temperaturfühler TF, der im Kessel vorgesehen ist, abgegeben werden. 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. Weiters ist der entsprechende Ausgang der Prozesssteuereinheit P mit der Zündung Z des Brenners (in Figur 1 Zündeinrichtung 19) verbunden. Bei dem beschriebenen, erfindungsgemäessn Ölbrenner (Bauart Vergasungsölbrenner oder Blaubrenner), der durch die an Hand von Figur 2 beschriebene Prozess steuerung 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 7erbrennunsluft 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 (fSL 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 Wärme ausbeute (grösstmöglicher Wirkungsgrad) gewährleistet sind und gleichzeitig der Anteil von Schadstoffen, insbesondere auch von Stickoxiden (NOX) sehr klein gehalten ist.

Claims: Patentansprüche: 1. Ölbrenner mit einer Ölzerstäubungseinrichtung (1), einer diese koaxial umgebenden Verbrennungsluft-Zu führung (2, 16), die in eine Blendenöffnung (3) mün det, 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 unmittel bar 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 Ö1 zerstäubungseinrichtung (1) umgebende Verbrennungs luft-Zuführung (2, 16) als auch ein stromabwärts ge legener zweiter Abschnitt (6) des Mischrohres (4) mit einem Gemisch von aus dem Kessel entnommenem, abge kühltem 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 strom abwärtsgelegener zweiter Abschnitt (6) des Mischrohres (4) mit einer Leitung zum Zuführen von Verbrennungs luft und einer Leitung zum Zuführen von abgekühltem Abgas über eine Mischvorrichtung verbunden ist. 3. Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass im ersten stromaufwärts gelegenen Ab schnitt (5) des Mischrohres (4) ein unterstöchiome trisches Verhältnis zwischen Luftsauerstoff und Brennstoff und im zweiten Abschnitt (6) des Misch rohres (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 Zu führen des Gemisches aus Abgas und Verbrennungsluft in den zweiten Abschnitt (6) des Mischrohres (4) eine Mengenregelvorrichtung vorgesehen ist. 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 aus gebildet ist und sich etwa in der Mitte der Längser streckung des Mischrohres (4) befindet. 7. Ölbrenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, 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) rei chenden Abschnitt (9) mit einem radial äusseren, vom Gemisch aus Abgas und Verbrennungsluft durchströmten Mantel (12) und einen daran radial innerhalb anschlie ssenden Ringraum (13) für die Rückführung von unmittel bar aus der Brennkammer (8) stammendem Abgas in den ersten Abschnitt (5) des Mischrohres (4) aufweist und dass der äussere Mantel (12) über bezüglich des Misch rohres (4) radial ausgerichtete Leitungen (18) mit dem Mischrohr (4) im Bereich seiner Erweiterung (7) ver bunden ist. 9. Ölbrenner nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Leitung (2, 16) zum Zuführen des Ge misches aus Abgas und Verbrennungsluft in ihrem radial äusseren Bereich (16) über einen regelbaren Auslass (17) mit dem radial äusseren Mantel (12) des ersten Abschnittes (9) der Brennkammer (8) verbunden ist.

Inventors: BRUCKER, HELMUT, DR., Brücker, Helmut, Dr.
Applicants: DR. BRUCKER & ZEMAN & MAG. SEYR CONTROLLED SOFT COMBUSTION GESELLSCHAFT BURGERLICHEN RECHTS
Application year: 1986
Main classification: F23D11
IPC codes: F23C9, F23D17, F23D11