CH439556A - Verfahren zur Vergasung zwecks anschliessender Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, insbesondere Heizöl, und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  Verfahren zur Vergasung zwecks anschliessender Verbrennung von flüssigen Brennstoffen,       insbesondere    Heizöl, und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens    Verfahren zur Vergasung zwecks     anschliessender     Verbrennung von flüssigen     Brennstoffen    sind vielfach  bekannt und arbeiten zumeist mit besonderen Verga  sungsmitteln, wie Dampf, und verlangen     aufwendige,     beheizte Apparaturen, die für den Betrieb von     Indu-          striebrennern,        Haushaltsbrennern    und dgl.     nicht    ein  setzbar sind, sondern     grosstechnische    Anlagen darstel  len.

   Für diesen Zweck sind     vielmehr        Ölbrenner    ge  bräuchlich, die in verschiedenen Ausführungsformen  bekannt sind. Insbesondere sind solche bekannt, die  aus einer     Druckluft-Ölzerstäubuugsdüse    und     einem    an  die Düse angeschlossenen     Brennerrohr    bestehen. Das       Brennerrohr,    das die     Flamme        hülsenförmig        umgibt,     soll dabei der     Stabilisierung    der     Flamme    dienen.  



  Der     Verbrennungsvorgang    wird durch dieses     Bren-          nerrohr    bei bekannten     Brennern    nicht wesentlich     be-          einflusst,    insbesondere brennen die bekannten Ölbren  ner des beschriebenen     Aufbaus    im allgemeinen mit gel  ber und häufig auch :stark russender Flamme.

   Im übri  gen kennt man Ölbrenner, bei denen an das Brenner  rohr noch besondere Rückführungskammern oder  Rückführungskanäle     angeschlossen    sind, die einen Teil  der     Verbrennungsprodukte    zurück     in.    den     Bereich    der  Düsen führen.     Derartige    Brenner sind nicht für alle  Verbrennungszwecke einsetzbar, im übrigen ist der  konstruktive Aufwand gegenüber der einfachen Aus  führungsform mit     Brennerrohr    erheblich, zumal die       Rückführungskanäle    hohen Temperaturen ausgesetzt  sind und folglich     hochwärmefeste    Werkstoffe eingesetzt  werden müssen.

   Auch gelingt die Verbrennung der       Kohlenwasserstoffe,    insbesondere des Heizöls     mit     blauer Flamme bei derartigen Brennern     häufig        nicht.     Ölbrenner, die mit einfachem     Brennerrohr    als Verga  sungsbrenner arbeiten und daher     mit    blauer Flamme  brennen sowie wahlweise auch als Gaserzeuger betrie  ben werden     können,    welches Gas zum Brennen oder  zum     Betrieb    von     Verbrennungsmotoren    oder     Turbinen          geeignet    ist,     sind    nicht bekannt.  



  Die Erfindung hat     sich    die Aufgabe gestellt, flüs  sige Brennstoffe,     insbesondere    Heizöl, auf einfache    Weise zu vergasen zwecks     anschliessender    Verbren  nung.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren besteht darin,  dass der     Brennstoff    in     feinverteilter    Form     kegelförmig     zerstäubt     wird    und durch den     Zerstäubungskegel        im          Reaktionsraum,    den     Zerstäubungskegel        zumindest        im     Bereich     seines    Ursprunges umgebend, zumindest ein       Wirbelkranz        erzeugt    wird,

   der in einer Atmosphäre mit       Sauerstoffunterschuss        zur        Erzeugung        einer        Vorflamme     gezündet wird, wobei in Strömungsrichtung des     Zer-          stäubungskegels    hinter dem     Wirbelkranz    ein mit blauer  Flamme     verbrennbares        Gemisch    anfällt.

   Die Erzeu  gung des     Zerstäubungskagels        kann:    durch     Druckölzer-          ,stäubung    oder durch Zerstäuben mit     7perstäubungsmit-          teln,    insbesondere mit Druckluft     erfolgen.    Die Erzeu  gung des     Wirbelkranzes    kann     unschwer    durch Einstel  lung des     Zerstäubungskegels    in bezug auf     öffnungs-          winkel        und        Strömungsgeschwindigkeit    erfolgen.

   Dabei  kann die Wand des     Reaktionsraumes    als     Reflektions-          wand    mitwirken; auch     können        Hilfsmittel,    wie     Strö-          mungsleiteinxrichtungen,    vorgesehen     .sein.     



  Im     Rahmen    des     erfindungsgemässen        Verfahrens     kann die für .die     Erzeugung    der     Atmosphäre    mit Luft  unterschuss erforderliche Luft auf verschiedene     Weise     zugeführt oder zugelassen werden. Mit Vorteil kann       die    für die Erzeugung der     Atmosphäre        mittels        Luftun-          terschuss    erforderliche Luft als     Zerstäubungsluft    zuge  führt werden.

   Es besteht aber auch oder     in:        Ergänzung     zur ersterwähnten     Massnahme    die Möglichkeit, die  Luft durch gegebenenfalls einstellbare Öffnungen des       Reaktionsraumes        zuzuführen    oder     anzusaugen.    Im  Ergebnis     kann        die    Luft im     Kreuzstrom    oder Gleich  strom dem     Zerstäubungskegel        zugeführt    (Gebläse) oder       angesaugt    werden.     Das.    Ansaugen besorgt die Strömung  selbst.

       In    jedem Fall     kann    durch diese Luftströme auch       die        Wirbelbildung        beeinflusst    werden.  



  Der     Brennstoff    kann im wesentlichen in Achsrich  tung     eines    als Reaktionsraum     dienenden,    im wesentli  chen     zylindrischen,    eventuell leicht     konischen    eingezo  genen Rohres mit     einem        Öffnungswinkel        des    Zerstäu-           bungskegels    von 10-30  und bei einer Strömungsge  schwindigkeit von etwa 50m pro Sekunde bis     500m     pro     Sekunde    zerstäubt werden.  



  Das Verfahren     kann        mit        Vorteil    auch mit     reinem     Sauerstoff     :durchgeführt    werden, wobei sich eine beson  ders heisse Flamme ergibt und     Vorrichtungen5    in de  nen     das        Verfahren        verwirklicht    wird,     als        Schweissbren-          ner    eingesetzt werden     können.     



  Eine     Vorrichtung    zur Ausführung des     Verfahrens,     insbesondere     zur    Vergasung und     Verbrennung    von  Heizöl, bestehend aus einer     Druckluftölzerstäubungs-          düse    und einem an die Düse     angeschlossenen    Brenner  rohr, ist     erfindungsgemäss    durch     die        Kombination    der  folgenden     Merkmale        gekennzeichnet:

       a) das     Brennerrohr    besteht aus einer Reaktions  kammer und     einem    Mündungsteil und besitzt eine der  artige Länge,     dass    der     Zerstäubungskegel    die     Brenner-          mündungsinnenwand        beaufschlagt,    und ist in dem Teil  zwischen diesem     Beaufschl        agungsbereich    und der       Druckluftzerstäubungsdüse    mit     Verbrennungsluftan-          saugöffnungen    versehen,  b)

   die     Druckluftzerstäubungsdüse    zerstäubt den       Brennstoff        kegelförmig    und ist als     Ringspaltdüse    mit       zumindest    einer zentralen     Brennstoffaustrittsöffnung     und umgebendem     Zerstäubungsluftrin@gspalt    ausgebil  det, sowie für einen Betrieb eingerichtet, bei dem die       Zerstäubungsluft        mit        einer    Geschwindigkeit von min  destens 50 m pro Sekunde aus dem Ringspalt austritt,  c) der     Öffnungswinkel    (a)

   des     Zerstäubungskegels     des Brennstoffes liegt im     Bereich        ron    10 bis 30 Grad,  gemessen gegen die Achse der Reaktionskammer und       Brennmündung.     



  Die durch die     Erfindung    erreichten Vorteile     sind     vor allem darin zu sehen, dass auf einfachste Weise  eine Vergasung beliebiger flüssiger Brennstoffe und       insbesondere    Heizöl erreicht wird. Die     erfindungsge-          mässe    Vorrichtung kann als Vergasungsbrenner und  wahlweise als     Gaserzeuger    arbeiten und weist einen  einfachen Aufbau auf. Es können Heizöl und ähnliche       Kohlenwasserstoffe    mit blauer Flamme verbrannt oder  ein brennbares Gas, das an entfernter Stelle verbrannt  werden kann, erzeugt werden.

   Die     erfindungsgemässe     Vorrichtung als Vergasungsbrenner oder Gaserzeuger  zeichnet sich     folglich    durch ihren     Verbrennungswir-          kungsgrad    und     Gaserzeugungskapazität    in vorteilhafter  Weise     aus.     



  Im folgenden wird die     Erfindung    anhand einer  Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung ausführ  licher     erläutert.     



  Es zeigen:       Fig.    1     schematisch    einen     Axialschnitt    durch einen  Ölbrenner,       Fig.2    eine andere Ausführungsform des Gegen  standes nach     Fig.    1,       Fig.    3     ebenfalls    in einem     Axialschnitt    eine weitere  Ausführungsform des Ölbrenners.  



  Der in den Figuren     dargestellte        Ölbrenner    arbeitet  als Vergasungsbrenner und Gaserzeuger und ist insbe  sondere für das Verbrennen von üblichem Heizöl     be-          stimmt    und besteht aus einem     Brennerrohr    2, dessen  unterer Teil eine     Reaktionskammer,    dessen oberer Teil  die     Brennermündung        bildet,        und        einer    in die     Reaktions-          kammer    axial eingesetzten Düse 6     (Druckluftölzerstäu-          bungsdüse)

  .    Die Düse zerstäubt, wie in den     Fig.    1 und  2 angedeutet ist, das Öl     kegelförmig    (Kegel 3). Sie     ist,          wie    in     Fig.    3     im.        einzelnen        erkennbar,    als     Ringspaltdüse     ausgebildet und besitzt     folglich    eine     zentrale    Ölaus-         trittsöffnung    4     in.    Form     einer    Bohrung oder eines Roh  res und einen     Zerstäubungsluftringspalt    5.

   Im übrigen  ist die     Düse    für einen Betrieb eingerichtet, bei dem die       Zerstäubungsluft    mit einer Geschwindigkeit von min  destens 50 m pro Sekunde bis etwa 500 m pro  Sekunde oder auch mehr aus dem     erwähnten    Ringspalt  5     austritt.    Der     Öffnungswinkel    a des     Zerstäubungskegels     3 des Öls liegt im     Ausführungsbeispiel    bei 10     Grad     und     kann    grundsätzlich     in    den Grenzen zwischen 10 und  30 Grad schwanken.

   Der Winkel ist .dabei gegen     die          strichpunktiert    eingezeichnete Achse 6 der Brenner  mündung gemessen. Die Düse selbst ist an die Reak  tionskammer dicht angeschlossen, und diese ist zu die  sem Zweck in der     Ausführungsform    nach     Fig.    1 und 2  an ihrem unteren Ende eingezogen.

   Die Reaktionskam  mer     und    der     Brennermündungsteil    besitzen eine derar  tige Länge,     dass    der     Zerstäubungskegel    3 die     Brenner-          mündungsinnenwand        beaufschlagt,        und        sind    in dem  Teil zwischen diesem     Beaufschlagungsbereich        und.    der       Druckluftzerstäubungsdüse    1 mit     Verbrennungsluftan-          saugöffnungen    7 versehen.

   Die     Druckluftölzerstäu-          bungsdüse    1 verbraucht für die     ölzerstäubung        etwa     5 % der für die Vergasung oder Verbrennung des     Öls     erforderlichen     stöchiometrischen    Luftmenge.

   Die     Ver-          brennungsluftansaugöffnungen    7 sind jedoch so     dimen          sioniert,    dass in dem     erwähnten    Bereich     im    Inneren  des Vergasungsbrenners 2 ein Unterdruck bleibt, was  im allgemeinen mit den Verhältnissen gleichwertig ist,  'bei denen im     Vergasungsbrenner    selbst eine     unterstö-          chiometrische    Luftmenge vorhanden ist.

   Der Ring 16  dient     der    Einstellung     ,der        Verbrennungsluftmenge.    Im  übrigen sind bei der Ausführungsform nach     Fig.    3     Ein-          stellvorrichtungen    für die Ölmenge in Form eines  Handrades 8 und auch für die     Zerstäubungsluftmenge     in     Form    eines einstellbaren     Ventiles    9 eingezeichnet.  Das Handrad 8 arbeitet auf eine Nadel 10, die beim  Vor-     oder    Zurückschrauben die     Grösse    der Austritts  öffnung 4 für das Öl verändert.

   Das Ventil 9 für die  Einstellung der     Zerstäubungsluftmenge    kann ein     einfa-          ches        Reduzierventil    oder auch ein einfaches Quer  schnittsventil sein. Es besteht hier aber auch die Mög  lichkeit, mit dem Ring 11, der Öffnungen 12 aufweist,  die Einstellung der     Verbrennungsluft        vorzunehmen.     Diese strömt dann durch die     Bohrung    13 in     die    Vertei  lerkammer 14 und von hier     aus    den Verbrennungsluft  ansaugöffnungen 7 zu.

   Die     Fig.    2 deutet an, dass das       Brennerrohr    2 auch kegelförmig zur Mündung hin     ein-          gezogen    werden kann, es kann im übrigen stets ein  oder     mehrteilig    ausgeführt sein. Die Düse 6 kann axial  verstellbar sein.  



  In ,den     Fig.    1 und 2 ist die     Wirkungsweise    der be  schriebenen Vergasungsbrenner und Gaserzeuger oder  der Vergasungsvorrichtung angedeutet. So erzeugt der       Verdüsungskegel    3     des    in     fein,        verteilter        Form.    verdü  stere Brennstoffes in der Reaktionskammer im Bereich  des Kegelursprungs,     nämlich        zwischen    .dem     Beaufschla-          gungsbereich,

      in dem der     Zerstäubungskegel    3 auf die  Wandungen des     Brennerrohres    2 trifft und der     Druck-          luft-Ölzerstäubungsdüse    1,<U>z</U>umindest einen Wirbel  kranz 15, der die Düse 1 umgibt, und in der im Reak  tionsraum herrschenden     Atmosphäre        mit    Sauerstoffure       terschuss        zur        Erzeugung    einer     Vorflamme    gezündet       wird.    In dieser     Vorflamme    herrschen Vergasungsbedin  gungen,

   so     dass    in Strömungsrichtung des     Verdüsungs-          kegels    3 hinter demRTIID="0002.0202" WI="19" HE="4" LX="1505" LY="2615">  Wirbelkranz    15 das weiterströ  mende Gemisch mit blauer     Flamme        verbrennbar    ist,       nämlich    aus der     Brennermündung    als blaue     Flamme         17 austritt oder als brennbares Gas abgenommen wer  den     kann.     



  Die Verbesserung des     Verbrennungs-    und Verga  sungsvorganges ist somit das Ergebnis eines zweistufi  gen Reaktionsablaufes     im    Vergasungsbrenner selbst,  nämlich der Bildung der     erwähnten    stark wirbelnden       Vorflamme    und der darin stattfindenden Vergasung für  das zu verbrennende Öl,     insbesondere    Heizöl, so dass  die     Vergasungsprodukte    mit blauer Flamme brennen  oder ein Gas erzeugt     wird.        Tatsächlich        gelingt    es näm  lich, den Vergasungsbrenner und Gaserzeuger im kal  ten Zustand zu zünden,

   wo bereits im kalten Zustand  an der     Brennermündung    sofort     die    blaue     Flamme     brennt oder je nach Einstellung die     Vorflamme    allein       weiterbrennt    und aus der     Brennermündung    ein Gas  ausströmt, das für die verschiedensten     Brennmöglich-          keiten    verwendet werden kann. So kann dieses aus der       Brennermündung    ausströmende Gas zum Betrieb von       normalen        Verbrennungsmotoren    oder Turbinen ver  wendet werden.

   Es ist     lediglich        notwendig,    dies vor       Eintreten    in den Motor oder die Turbine auf die nötige  Luftsättigung zu     bringen.    Im übrigen lassen     sich    bei  dem Vergasungsbrenner und Gaserzeuger Leistung und  Temperatur durch Bemessung des Reaktionsdurchmes  sers und der     Gesamtlänge    der     Reaktionskammer        mit          Brennermündung        variieren.    Zu den Vorteilen des Ver  gasungsbrenners und Gaserzeugers gehört endlich auch  seine einfache Betriebsweise, die zusammengefasst wie  folgt nochmals erläutert wird:

    Nach dem Öffnen des     Luftregulierventils    strömt  aus dem Ringspalt der Düse der     Zerstäubungsluftstrom     mit einer sehr hohen     Strömungsgeschwindigkeit        (je     nach Einstellung 50-500     m/sek.).    Durch letztere wird  ein Sog erzeugt, der so gross ist, dass durch die     Ver-          brennungsluftansaugöffnungen    ein Teil der Verbren  nungsluft mit einer unter der     Verdüsungsluftgeschwin-          digkeit    liegenden Geschwindigkeit angesaugt wird.

    Durch die     Relativgeschwindigkeit    zwischen     Verdü-          sungsluft    und angesaugter     Teilverbrennungsluft    wird in  der     Reaktionskammer    ein aerodynamischer, rotieren  der Wirbel gebildet, der mit hoher     Geschwindigkeit     dreht. Nach dem Öffnen des     Regulierventils    für die  Dosierung der     Ölzufuhr    strömt das Öl zur Düse und  wird von der     Verdüsungsluft        aerosolfein    zerstäubt.

   Die       äusseren    Randzonen des     aerosolfeinen    Gemisches wer  den in den aerodynamischen Wirbel hineingetragen  und rotieren mit ihm mit der bereits beschriebenen  hohen     Geschwindigkeit.     



  Sofort nach dem Zünden brennt der Wirbel,  woraus folgt, dass in der Reaktionskammer eine rotie  rende     Vorflamme    brennt und durch deren Wärme die       eingedüsten        Kohlenwasserstoffe,    die diese     Flamme     durchströmen, sofort und     völlig    auf kürzestem Wege  vergast.

   Die     Vergasungsreaktion    kann bei der beschrie  benen hohen     Turbulenz    bereits bei     einer    kleineren  Vorrichtung     innerhalb    einer Wegstrecke von 20 mm  beendet     sein.    Aus der     Brennermündung    strömt sofort  nach dem Zünden aus kaltem Zustand     eine    reine,  blaue     Gasflamme    ohne eine Spur von leuchtenden Ske  letten oder nach     Veränderung    der Relativgeschwindig  keit zwischen     Verdüsungsluft    und angesaugter     Teilver-          brennungsluft        ein    Gas,

   das durch Regulieren der einge  düsten     ölmengs    auf verschiedene Sättigungsgrade oder  Dichte gebracht werden kann. Das Gas ist für die ver  schiedensten     Brennzwecke    verwendbar und eignet sich  zum Betrieb von     Verbrennungskraftmaschinen,        vorzüb          lich,    da es nicht heiss ist. Es ist vor Eintritt in den    Motor oder die Turbine auf     die        nötige    Luftsättigung zu  bringen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Vergasung zwecks anschliessender Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, dadurch ge kennzeichnet, dass der Brennstoff in fein verteilter Form kegelförmig zerstäubt wird und durch den Zerstäubungskegel im Reaktionsraum, den Zerstäu- bungskegel zumindest im Bereich seines Ursprungs umgebend, zumindest ein Wirbelkranz erzeugt wird,

   der in einer Atmosphäre mit Sauerstoffunterschuss zur Erzeugung einer Vorflamme gezündet wird, wobei in Strömungsrichtung des Zerstäubungskegels hinter dem Wirbelkranz ein mit blauer Flamme verbrennbares Gemisch anfällt.

   UNTERANSPRÜCHE 1) Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die für die Erzeugung der Atmo sphäre mit Luftunterschuss erforderliche Luft als Zer- stäubungsluft zugeführt wird. 2) Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass die für die Erzeugung der Atmo sphäre mit Luftunterschuss erforderliche Luft durch Öffnungen des Reaktionsraumes zugeführt oder ange saugt wird. 3)

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Brennstoff im wesentlichen in Achsrichtung eines als Reaktionsraum dienenden, im wesentlichen zylindrischen Rohres mit einem öff- nungswinkel des Zerstäubungskegels von 10 bis 30 zerstäubt wird. 4) Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass es mit reinem Sauerstoff durchge führt wird.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, insbesondere zur Vergasung und Verbrennung von Heizöl, bestehend aus einer Druck luftzerstäubungsdüse und einem an letztere angeschlos senen Brennerrohr, gekennzeichnet durch die Kombi nation der folgenden Merkmale:

   a) das Brennrohr (2) besteht aus einer Reaktions kammer und einem Mündungsteil und besitzt eine der artige Länge, dass der Zerstäubungskegel (3) die Bren- nermündungsinnenwand beaufschlagt, und ist in dem Teil zwischen diesem Beaufschlagungsbereich und der Druckluftzerstäubungsdüse (1) mit Verbrennungsluft ansaugöffnungen (7) versehen, b) die Druckluftzerstäubungsdüse (1)

   zerstäubt den Brennstoff kegelförmig und ist als Ringspaltdüse mit zumindest einer zentralen Brennstoffaustrittsöffnung (4) und umgebendem Zerstäubungsluftringspalt (5) ausgebildet sowie für einen Betrieb eingerichtet, bei dem die Zerstäubungsluft mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m pro Sekunde aus dem Ringspalt (5) austritt, c) der Öffnungswinkel (a) des Zerstäubungskegels (3)

   des Brennstoffes liegt im Bereich von 10 bis 30 Grad, gemessen gegen die Achse (6) der Reaktions- kammer und Brennermündung (2).

   UNTERANSPRÜCHE 5) Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftölzerstäubungsdüse (1) für einen Betrieb eingerichtet ist, bei dem die Zer- stäubungsluft wenigstens annähernd 5 % der für die Verbrennung des öls erforderlichen stöchiometrischen Luftmenge ausmacht, die mit einem Druck von wenig stens annähernd 0,5 bis 5 atü dem Ringspalt (5)

   der Druckluftölzerstäubungsdüse (1) zugeführt wird. 6) Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftansaugöff- nung (7) am Brennerrohr (2) so dimensioniert ist, dass im Verbrennungsinnenraum ein Unterdruck herrscht.

   7) Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftölzerstäubungsdüse (1) Einstellvorrichtungen (8, 10 bzw. 8) für die Ölmenge und die Zerstäubungsluftmenge aufweist und in axialer Richtung verstellbar ist. 8) Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass den Verbrennungsluftansaugöff- nungen (7) Einstellvorrichtungen (11 bis 14) zugeord net sind.

   9) Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unter ansprüchen 5 bis 8, .dadurch gekennzeichnet, ass das Brennerrohr (2) aus Stahlblech oder aus keramischem Material angefertigt und aussen mit wärmefestem Blech armiert ist. 10) Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennerrohr (2) kegelförmig ausgeführt und dabei von der Reaktionskammer zur Brennermündung hin verengt ist.

   11) Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsluft mit einer Geschwindigkeit zwischen 50 m pro Sekunde bis wenigstens annähernd 500 m pro Sekunde aus dem Ringspalt (5) austritt.