DE2841105C2 - Vergasungsbrenner - Google Patents

Abstract

Beim Vergasungsbrenner nach der Hauptpatentanmeldung P 28 11 273.4 (A. 3656) wird zur Erhoehung der Betriebssicherheit eine Flammueberwachungseinrichtung und eine konische Ausbildung von Mischraum, Zuendkammer und Brennraum, die mit einer Keramik-Auskleidung versehen werden, vorgeschlagen. Ferner ist auf Hoehe der Mischkammer ein Flansch zur Befestigung an einem Heizkessel angebracht, so dass Mischraum, Zuendkammer und Brennraum in das Heizkessel-Innere hineinragen. Diese Ausgestaltung fuehrt einerseits zu einer besseren Vorwaermung der Primaerluft, verhindert andererseits eine Ueberhitzung des Gehaeuseteiles, das daher aus Metall, z.B. rostfreiem Stahl, gefertigt sein kann, ohne dass die Gefahr einer Materialerweichung bei den hohen Verbrennungstemperaturen auftritt. Durch die bessere Vorwaermung der Primaerluft und durch die Herabsetzung der thermischen Abstrahlung wird der Wirkungsgrad des Brenners verbessert. Katalysator zumindest kurzzeitige Temperaturerhoehungen ohne

Description

nach Patent 28 11 273,
zeichnet, daß

dadurch gekenn-

der Ringraum (4') den Brennraum (8') vollständig umgibt und sich bis in die Nähe der Brennerplatte (9') erstreckt,

der Primärluft-Zuführungsstutzen (26') in unmittelbarer Nähe der Brennerplatte (9') in den Ringraum (4') mündet,

im Ringraum (4') Leitwände (35) angeordnet sind, welche den zuzuführenden Primärluftstrom in einem spiral- oder mäanderförmig um den Brennraum (8') und die Zündkammer (7') gewundenen Strömungsweg vom Primärluft-Zuführungsstutzen (26') zu den Radialkanälen (6) der Ringwand (5) leiten, und
die Zündkammer (7') sich in Strömungsrichtung

konisch erweitert, wobei der Austrittsquerschnitt der Zündkammer (7') gleich dem Eintrittsquerschnitt des Brennraumes (8') ist

2. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochwand (17') eine gelochte Keramikplatte ist

3. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (34) eine auf die Lochwand (17') gerichtete optische Flammüberwachungseinrichtung (42) vorgesehen ist

4. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Zündkammer (7') und des Brennraumes (8') aus Metall bestehen und eine Keramikauskleidung tragen.

5. Vergasungsbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauskleidung aus Keramikringen (40,41) zusammengesetzt ist

6. Vergasungsbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerplatte (9') und gegebenenfalls die Lochwand (i7') aus mehreren Plattenteilen (37, 38) zusammengesetzt sind.

7. Vergasungsbrenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikringe (40,41) bzw. die Plattenteile (37, 38) durch Nut und Feder (39) miteinander verbunden sind.

Die Erfindung betrifft einen Vergasungsbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Vergasungsbrenner der genannten Art ist Gegenstand des Hauptpatents 28 11 273. In einem derartigen Brenner wird flüssiger Brennstoff in zwei Stufen verbrannt, wobei in der ersten Stufe nur ein Teil der insgesamt eingesetzten Luft als Vergasungsluft (Primärluft) mit dem brennstoff vermischt und durch katalytische partielle Oxidation, d. h. durch eine sogenannte unterstöchiometrische Verbrennung, zu einem Brenngas umgesetzt wird; dieses Brenngas wird dann in der zweiten Stufe mit der restlichen Luft (Verbrennungsluft, Sekundärluft) vermischt und an einer Brennerplatte verbrannt

In Haushaltsbrennern üblicher Bauart wird der Brennstoff mit einer Düse versprüht und mit der gesamten Luft in einem Brennraum verbrannt. Da die Zerstäuberleistung der Düse nur innerhalb enger Grenzen variiert werden kann, sind derartige Haushaltsbrenner nicht kontinuierlich bis auf geringe Leistungen herunter regelbar. Vielmehr sind sie auf maximale Leistung ausgelegt und werden bei geringerem Heizbedarf im Stoßbetrieb mit einer Zweipunktregelung geregelt. Dadurch werden größere Heizkessel als Energiespeicher für die Betriebspausen benötigt, ferner bedingt das wiederholte Anspringen des Brenners eine starke Temperaturwechselbelastung der Materialien, eine erhöhte Ruß-

eo und Schadstoffbelastung von Heizkessel, Kamin und Abgasen sowie einen überhöhten Energiebedarf während des elektrischen Zündens. Der Vergasungsbrenner nach dem Hauptpatent muß dagegen lediglich zu Beginn einer Heizperiode angelassen werden und kann dann — entsprechend dem Heizbedarf — kontinuierlich bis auf sehr kleine Leistungen heruntergeregelt werden, wodurch diese Nachteile vermieden werden. Ferner wird beim Reaktionsablauf während der Verbrennung

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;; eine wesentliche Verminderung der Emission von Mischraum konzentrisch umgibt Durch den Ringraum ;■'' Schadstoffen, beispielsweise unverbrannten Kohlen- wird dem Vorraum 1 die Primärluft zugeführt Zur Zuwasserstoffen und Stickoxiden, erreicht Dabei: kann die führung des Brennstoffes ist dem Vorraum 1 ein Frontinsgesamt benötigte Luft auf die zur stöchiometrischen raum 10 vorgeschaltet der in einen Ringkanal 11 überVerbrennung nötige Luft begrenzt werden, wodurch 5 geht, welcher den Vorraum vollständig und den Ringhohe Brenntemperaturen erreicht werden können. raum sowie die Katalysatoreinrichtung mindestens auf Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Betrieb des Verga- einem Teil ihrer Länge umgibt Der Brennstoff wird an !■, sungsbrenners nach dem Hauptpatent in manchen Fäl- einer im Ringkanal 11 angeordneten ersten Wärmequellen anfällig für Betriebsstörungen ist So Findet beispiels- Ie 12 wenigstens teilweise verdampft und im Vorraum 1 : weise bei einem vorübergehenden Aussetzen der 10 mit der Primärluft die an einer im Ringraum 4 angeord-,'.' Brennstoffzufuhr kurzfristig keine Verbrennung im neten zweiten Wärmequelle B vorerhitzt wird, an einer ',..:: Verbrennungsteil statt Die zugeführte Primärluft wird ersten Homogenisierungseinrichtung, beispielsweise ei-.,;;. dann nicht ausreichend vorerwärmt, so daß der Kataly- ner Drallblende 13, vermischt Das in der Katalysatorsatorteil von kalter Luft durchspült und abgekühlt wird. einrichtung erzeugte Brenngas wird in den Mischraum K Bei Wiedereinsetzen der Brennstoffzufuhr arbeitet die 15 3'geleitet und dort an einer zweiten Homogenisierungs- ''h- Katalysatoreinrichtung dann nicht zufriedenstellend, so einrichtung 24', beispielsweise einer weiteren Drallblen- ;:£ daß der Brennstoff nur unvollständig in Brenngas umge- de, mit zugeführter Sekundärluft vermischt % setzt wird und es zu Brennerstörungen, insbesondere zu Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform des ψ. Rußbildung im Verbrennungsteil, kommt Fsrner ist es erFindungsgemäßen Vergasungsbrenners weist die Re if\ zwar gerade der Vorteil dieses Brenners, daß durch stö- 20 aktorkammer 2 (Katalysatoreinrichtung) einen katalyfe£ chiometrische Luftzufuhr sehr hohe Verbrennungstem- tisch inaktiven Behälter A auf, in dessen Stirnflächen 14 If peraturen erreicht werden können, jedoch bringen diese und 15 Einlaßbohrungen bzw. Auslaßbohrungen ange-H hohen Temperaturen die Gefahr mit sich, daß die ver- ordnet sind. Zwischen Mischraum 3" und Zündkammer c 5 wendeten Materialien zerstört werden. So kann bei- T ist eine gelochte Scheibe 16' als Rückschlagsicherung la spielsweise die Brennerplatte oder die gelochte Kera- 25 angeordnet Die Zündkammer 7' wird durch eine ge- |i mikplatte (Lochplatte) springen und es kann sogar das lochte Keramikplatte 17' (Lochwand) vom Brennraum !ξι Metallgehäuse aufgeschweißt werden. Zur Vermeidung 8' getrennt Zur Zuführung des Brennstoffes in den P dieser Gefahr ist beim Brenner nach dem Hauptpatent Ringkanal 11 (Verdampfungsraum) ist ein Brennstoffvorgesehen, die Vorrichtung mit dem an der Brenner- Anschlußstutzen 19, zur Zuführung der Sekundärluft platte befindlichen Ende an der Wand des Heizkessels 30 zum Mischraum 3' ein Sekundärluft-Zuführungskanal zu befestigen, so daß das Gehäuse außerhalb des Heiz- 46 und zur Zuführung der Primärluft zum Ringraum 4' kesseis angeordnet ist und von der Umgebungsluft ge- (Vorerhitzungsraum) ein Primärluft-Zuführungskanal kühlt wird. Dadurch ist der Brenner jedoch nicht mehr 45 vorgesehen. Im Mischraum kann vorteilhaft eine kaberührungssicher, da bei Berührung des Brennergehäu- talytisch inaktive Auskleidung, beispielsweise aus Kerases erhebliche Verletzungsgefahr besteht Auch bedeu- 35 mik, vorgesehen sein.

ten die Wärmeverluste am Gehäuse eine Herabsetzung Das Gehäuse des Vergasungsbrenners ist vorteilhaft des Wirkungsgrades des Brenners. aus mehreren Teilen zusammengesetzt beispielsweise Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vergasungsbren- aus einem die Vergasungsstufe umgebenden zylindriner der eingangs genannten Art in der Weise auszuge- sehen ersten Gehäuseteil 18 mit einem Frontdeckel 20 stalten, daß eine ausreichende Vorwärmung der Primär- 40 und aus einem den Verbrennungsteil umgebenden zweiluft sichergestellt ist und Temperaturschäden am Bren- ten Gehäuseteil, das eine konische Erweiterung trägt nergehäuse und an Brennerbestandteilen vermieden Diese Gehäuseteile sind vorteilhaft aus Metall, beiwerden, spielsweise aus rostfreiem Stahl, gefertigt. Insbesondere Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich- ist die Wand zwischen dem Mischraum und dem Ringnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnah- 45 raum wärmeleitend ausgebildet, um eine Vorerwärmen erreicht. mung der Primärluft im Verbrennungsteil zu erreichen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemä- Die Verbesserungen, die der erfindungsgemäße Verßen Vergasungsbrenner sind Gegenstand von Unter- gasungsbrenner mit sich bringt, betreffen den Verbrenansprüchen, nungsteil des Brenners, d. h. den Mischraum, die Zündpf Anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren soll 50 kammer, den Brennraum und die Brennerplatte sowie p die Erfindung noch näher erläutert werden. In die zugehörigen Gehäuseteile. Wie aus F i g. 1 ersicht- ψ F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge- lieh, schließt sich an den Vergasungsteil des Brenners Il mäßen Vergasungsbrenners dargestellt, in der Mischraum an, der durch die Homogenisierungsein- § F i g. 2 ein Querschnitt entsprechend der Linie H-II in richtung (Drallblende 24' mit Schrägschlitzen 30) in Fig. 1. 55 zwei Teilräume 3'und 3" unterteilt ist. Dem Mischraum Der Vergasungsbrenner besteht im wesentlichen aus wird vom Vergasungsteil Brenngas — entsprechend zwei Stufen, nämlich der Vergasungsstufe mit einerzen- Pfeil 31 — zugeführt, das mit Sekundärluft (Pfeil 32) tral angeordneten, einen Katalysator enthaltenden Re- vermischt wird und durch eine Rückschlagsicherung 16', aktorkammer 2 (Katalysatoreinrichtung) und dem Ver- beispielsweise eine gelochte Scheibe aus poröser Kerabrennungsteil, der einen Mischraum 3' und 3", eine 6C mik, in den Zündraum T geleitet wird. Von dort strömt Züiiükaiiiiiier T uiiü einen sich konisch erweiternden das Brenngas durch eine Lochwand Ϊ7", die vorteilhaft Brennraum 8' mit einer abschließenden porösen geloch- als gelochte Keramikplatte ausgebildet ist, in den sich ten Brennerplatte 9' enthält. Der Katalysatoreinrich- konisch erweiternden Raum 8' (Brennraum) und durch tung 2 ist am Einlaß 14 ein Vorraum 1 zum Mischen des die Brennerplatte 9'. Beim Durchströmen der Zündkam-Brennstoffes mit Primärluft vorgeschaltet. Dieser Vor- 65 mer 7' und des Brennraumes 8', insbesondere beim raum ist seitlich von einer Ringwand 5 begrenzt und Durchtritt durch die Lochwand 17' und die Brennerplatüber Radialkanäle 6 mit einem Ringraum 4 verbunden, te 9', verbrennt das Brenngas/Luft-Gemisch und tritt der den Vorraum, die Katalysatoreinrichtung und den dann - entsprechend Pfeil 33 — in den Innenraum

eines Heizkessels ein. Die Räume sind von einem massiven Gehäuseteil 34 umgeben, in dem ein Ringraum 4' verläuft dem Primärluft über einen Primärluft-Zuführungsstutzen 26' zugeführt wird.

Beim erfindungsgemäßen Vergasungsbrenner um- s schließt der Ringraum 4' auch die Zündkammer T und den Brennraum 8' ringförmig und erstreckt sich bis in die Nähe der Brennerplatte 9'. Dort ist der Primärluft-Zuführungsstutzen 26' angeordnet, so daß die Primärluft in unmittelbarer Nähe der heißen Brennerplatte 9' mit dem aufgeheizten Gehäuseteil 34 in Berührung kommt und dieses dort kühlt. Im Ringraum 4' sind Wände 35 angeordnet, die den Ringraum zu einem sich spiral- oder mäanderförmig um den Brennraum 8' und die Zündkammer T windenden Strömungsweg machen. Dieser Strömungsweg kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß in das Gehäuseteil 34 eine gewindeartige Nut eingefräst und auf dem Gehäuseteil 34 eine konische Abdeckplatte 36 befestigt wird. Die durch den Zuführungsstutzen 26' einströmende Primärluft kommt auf diesem gewundenen Strömungsweg in einen intensiven Wärmekontakt mit dem Gehäuseteil 34 und kühlt dieses, bevor sie durch die Radialkanäle 6 der Ringwand 5 in den Vorraum 1 eintritt Diese Ausgestaltung führt einerseits zu einer besseren Vorwärmung der Primärluft und verhindert andererseits eine Überhitzung des Gehäuseteils 34, das daher aus Metall, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, gefertigt sein kann, ohne daß — bei den hohen Verbrennungstemperaturen — die Gefahr einer Materialerweichung auftritt

Bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsbrenner erweitert sich die Zündkammer T in Strömungsrichtung konisch; dabei ist der Austrittsquerschnitt der Zündkammer gleich dem Eintrittsquerschnitt des Brennraumes 8'. Die Zündkammer ist vom Brennraum durch die 35· bereits erwähnte gelochte Keramikplatte 17' getrennt, wobei vorteilhafterweise die gelochte Fläche der Brennerplatte 9' größer ist als die gelochte Fläche der Keramikplatte 17'. Da sich somit der Strömungsquerschnitt des Brenngas/Luft-Gemisches zwischen Mischraum und Brennerplatte stetig erweitert ist die thermische Belastung der Keramikplatte geringer als beim Brenner nach dem Hauptpatent Somit ist auch die Gefahr einer Zerstörung dieser Platte durch thermische Spannungen vermindert Es hat sich nämlich gezeigt daß die Platte 17' beim Brennerbetrieb besonders hohen Temperaturen ausgesetzt ist, was an einem hellen Glühen erkennbar ist Zur Vermeidung einer thermischen Zerstörung ist es ferner vorteilhaft, wenn die Brennerplatte und gegebenenfalls auch die Keramikplatte aus mehreren Plattenteilen 37 und 38 zusammengesetzt ist, die durch Nut und Feder 39 zusammengehalten werden.

Das Brennergehäuse ist vorteilhaft aus Metall gefertigt. Um das Gehäuse vor thermischen Zerstörungen bei hohen Temperaturen zu schützen, kann die Zündkammer T und der Brennraum 8' vorteilhaft eine Keramikauskleidung tragen. Diese Keramikauskleidung besteht vorteilhaft aus einzelnen keramischen Ringen 40 und 41, die ebenfalls durch Nut und Feder zusammengehalten werden können.

Beim erfindungsgemäßen Brenner kann ferner am Gehäuse eine auf die Keramikplatte 17' gerichtete optische Flammüberwachungseinrichtung befestigt sein. Zu diesem Zweck kann beispielsweise an einem Durchbruch der Zündkammerwand das eine Ende eines Beob- achtungsrohres 42 befestigt sein, dessen anderes Ende eine (in F i g. 1 nicht dargestellte) Fotozelle trägt die beim Glühen der Keramikplatte 17' ein Signal für störungsfreien Betrieb und bei Erlöschen der Keramikplatte 17' ein Störungssignal abgibt, das beispielsweise zur Abschaltung der Brennstoffzufuhr verwendet werden kann. Gegebenenfalls kann zwischen dem Beobachtungsrohr 42 und der Fotozelle ein Lichtleiter vorgesehen sein, um die Fotozelle vor der Brennerwärme zu schützen.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vergasungsbrenners ist das Gehäuseteil 34 an dem an den Vergasungsteil angrenzenden Ende, also auf der Höhe der Mischkammer, mit einem breiten Flansch 50 versehen, der seitlich über die anderen Gehäuseteile übersteht Dieser Flansch kann zur Befestigung des Brenners an der Heizkesselwand dienen, wobei in der Heizkesselwand eine Öffnung vorgesehen ist in die der Brenner mit dem strömungsmäßig hinter dem Flansch liegenden Gehäuseteil eingeschoben werden kann und die durch den Flansch verschlossen wird (Gewindebohrungen 43). Der Verbrennungsteil des Brenners ist dann im Innern des Heizkessels angeordnet, so daß die thermische Abstrahlung des Brennerteils ebenfalls zu Heizzwecken genutzt werden kann. Da die nunmehr im Heizkesselinnern liegenden Gehäuseteile durch den Primärluftstrom gekühlt werden, ist eine Überhitzung dieser Teile nicht zu befürchten. Die Primärluftzuführung geschieht mittels des den Flansch durchgreifenden, zum Primärluft-Zuführungsstutzen 26' führenden Zuführungskanal 45. Der im Verbrennungsteil gelegene Teilraum des Ringraumes 4' ist über Bohrungen 48 mit dem vorderen Teil-Ringraum verbunden. Die Sekundärluft wird mittels des ebenfalls den Flansch durchgreifenden, zum Sekundärluftanschluß des Mischraumes 3' führenden Zuführungskanals

46 zugeführt. Ferner sind im Flansch noch Durchbrüche

47 (siehe Fig.2) für die Einführung von Zündelektroden, die an der Zündkammerwand angeordnet werden, und gegebenenfalls für die Flammüberwachung vorgesehen.

Als Material für die keramischen Teile des erfindungsgemäßen Vergasungsbrenners kann Mullit verwendet werden. Vorteilhaft kann dem Mullit — zur Erhöhung der Hitzebeständigkeit des erfindungsgemäßen Vergasungsbrenners bis zu 50 Gew.-% hochfeuerfester Korund beigemischt werden; Aluminiumoxid sowie Aluminiumoxid-Schamottemassen (beispielsweise sogenannte Siebkern-Masse) sind ebenfalls geeignet. Es können aber auch andere hochwarmfeste Keramiken, beispielsweise auf Zirkondioxid-Basis, oder auch Siliciumcarbid verwendet werden. Vorteilhaft bestehen die Brennerplatten aus dem gleichen Material wie die keramischen Auskleidungen.

Wird beim Betrieb des erfindungsgemäßen Vergasungsbrenners die Primärluftmenge auf Luftzahlen von etwa 0,1 und die Sekundärluftmenge auf Luftzahlen von etwa 1,0 eingestellt, so werden Temperaturen von etwa 1740° C erreicht Thermische Schädigungen der Brennerbauteile sind trotz der hohen Temperaturen aber nicht zu befürchten. Darüber hinaus wird durch die bessere Vorwärmung der Primärluft und durch die Herabsetzung der thermischen Abstrahlung der Wirkungsgrad des Brenners verbessert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:
   1. Vergasungsbrenner mit

   - einem Vorraum zum Mischen eines mindestens teilweise verdampften flüssigen Brennstoffes mit Primärluft,

   - einer sich an den Vorraum anschließenden Katalysatoreinrichtung zum Umwandeln des Dampf-Luft-Gemisches in ein Brenngas,

   - einem an die Katalysatoreinrichtung angrenzenden Mischraum zum Mischen des Brenngases mit Sekundärluft,

   - einem den Vorraum, die Katalysatoreinrichtung und den Mischraum konzentrisch umgebenden und vom Vorraum durch eine Ringwand getrennten Ringraum,

   - einem vor dem Vorraum befindlichen Frontraum, der in einen den Vorraum vollständig und den Ringraum sowie die Katalysatoreinrichtung wenigstens auf einem Teil ihrer Länge umgebenden Ringkanal übergeht,

   ■ einer im Ringkanal angeordneten Wärmequelle zum Verdampfen des Brennstoffes,

   - einer im Ringraum angeordneten Wärmequelle zum Vorwärmen der Primärluft während des Anfahrvorganges und zur Unterstützung bei Lastwechseln,

   ■ in der Ringwand befindlichen Radialkanälen, die den Ringraum mit dem Vorraum verbinden, einem in den Ringraum mündenden Primärluft-Zuführungsstutzen,

   je einer im Vorraum und im Mischraum angeordneten Homogenisierungseinrichtung,
   einem sich konisch erweiternden Brennraum, einer den Brennraum abschließenden gelochten Brennerplatte aus porösem Material, welcher aus dem Mischraum das Brenngas-Luft-Gemisch zuführbar ist,

   einer zwischen dem Brennraum und dem Mischraum angeordneten Zündkammer, die vom Mischraum rückschlagfrei getrennt ist, und wobei der Ringraum auch die Zündkammer sowie mindestens teilweise auch den Brennraum ringförmig umgibt, und

   einer die Zündkammer vom Brennraum trennenden Lochwand, wobei die gelochte Fläche der Brennerplatte größer ist als die gelochte Fläche der Lochwand,