DE102008019532B3

DE102008019532B3 - Oil premix burner, has cylindrical fuel element with auxiliary fuel upper surface for heating flame on front side turned towards oil nozzle, where fuel upper surface acts on air heat exchanger for preheating of combustion air

Info

Publication number: DE102008019532B3
Application number: DE102008019532A
Authority: DE
Inventors: Rainer Rausch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-04-19
Also published as: DE102008019532B8

Abstract

The burner has an inner distributor element (5) forming a distributor chamber (3) at a central oil nozzle (4). An inlet opening (12) is provided for combustion air in an area of the oil nozzle. A nozzle holder (6) is provided with an oil pre-heater, and a combustion air channel (7) is connected to an upstream arranged blower. A cylindrical fuel element (1) has an auxiliary fuel upper surface (8) for a heating flame on a front side turned towards the oil nozzle. The fuel upper surface (8) acts on an air heat exchanger (9) for preheating the combustion air.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ölvormischbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to an oil premix burner according to the preamble of claim 1.

Derartige Ölvormischbrenner besitzen ein zylindrisches Brennelement mit einer Brenneroberfläche für eine Hauptflamme auf der äußeren Mantelfläche. Um eine zentrale Öldüse bildet in der Regel ein inneres Verteilelement eine Verteilkammer für den entstehenden Ölnebel aus, damit dieser gleichmäßig von innen her die Brenneroberfläche erreicht. In die Verteilkammer gelangt Verbrennungsluft über eine Einströmöffnung im Bereich der Öldüse, welche an einem Düsenstock mit Ölvorwärmer befestigt ist. Stromaufwärts der Öldüse befindet sich ein Verbrennungsluftkanal mit Verbindung zu einem Gebläse.Such oil premix burners have a cylindrical fuel assembly with a burner surface for a main flame on the outer surface. Around forms a central oil nozzle usually an inner distribution element a distribution chamber for the resulting oil mist, so that this evenly from inside the burner surface reached. In the distribution chamber combustion air passes through a Inflow opening in Area of the oil nozzle, which on a nozzle attached with oil preheater is. upstream the oil nozzle is located a combustion air duct with connection to a blower.

Insbesondere bei Gasbrennern, die modulierend betrieben werden, also bei denen der Leistungsbereich zwischen einem geringen Anteil der Maximalleistung und der Maximalleistung gesteuert werden kann, haben sich die sogenannten Vormischbrenner durchgesetzt. Bei diesen Brennern wird der Brennstoff und die zu dessen Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft von der Flamme örtlich getrennt vermischt und dann verbrannt. Dazu wird meist ein zylindrisches Brennelement als Flammenhalter eingesetzt, der für das Brennstoff-Luftgemisch durchlässig ist und einen Innenraum umschließt, dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch zugeführt wird. Mit dieser Technologie lassen sich kleine Flammen mit guten Abgaswerten, relativ kleine Flammenhalter und große Modulationsbereiche verwirklichen.Especially in gas burners, which are operated modulating, so where the power range between a small proportion of the maximum power and the maximum power can be controlled, the so-called Premix burner enforced. At these burners the fuel becomes and the combustion air required for combustion thereof the flame locally mixed separately and then burned. This is usually a cylindrical Fuel element used as a flame holder, for the fuel-air mixture permeable is and encloses an interior, the fuel / air mixture supplied becomes. With this technology, small flames with good emissions, realize relatively small flame holders and large modulation ranges.

Das Grundprinzip eines Ölvormischbrenners ist die Vermischung von Öl mit vorgewärmter Luft. Durch dieses Prinzip ist es möglich, dass sich zum Beispiel eine sogenannte kalte Flamme bildet, so dass der Brennstoff über eine Oberfläche verbrannt werden kann. Die Oberflächenverbrennung ist allerdings auch ohne kalte Flamme möglich. Generell ist das Erwärmen von Luft auf Grund der geringen Wärmekapazität relativ schwierig, weil dazu entweder ein effektiver Wärmeübergang über eine Wand auf den Luftstrom und/oder hohe Wandtemperaturen notwendig sind.The Basic principle of an oil premix burner is the mixing of oil with preheated Air. By this principle it is possible that, for example forms a so-called cold flame, so that the fuel over a surface can be burned. The surface combustion is however also possible without a cold flame. Generally, the heating is Of air due to the low heat capacity is relatively difficult, because either an effective heat transfer over a Wall on the air flow and / or high wall temperatures necessary are.

Ein Ölvormischbrenner ist aus der DE 10 2006 000 174 A1 bekannt. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass heiße Luft das Öl verdampft und somit ein Gasgemisch gebildet werden kann, welches wie bei einem Gas-Vormischbrenner durch den Flammhalter hindurch tritt und abbrennt. Durch die Zumischung von Abgas zur Verbrennungsluft zur Luftvorwärmung wird zudem die Bildung von Stickoxiden verringert und das soll sich Anlaufverhalten verbessern, weil der Betriebspunkt relativ schnell erreicht wird. Die Verbrennungsluft wird zur Wärmeaufnahme durch eine mindestens abschnittsweise über eine Brenneroberfläche ragende, von der Brennerflamme beabstandete Leiteinrichtung geführt und in einer Düse in der Leiteinrichtung beschleunigt, damit das Abgas aus dem Brennraum angesaugt und mit der Luft vermischt werden kann.An oil premix burner is from the DE 10 2006 000 174 A1 known. In this case, the fact is used that hot air evaporates the oil and thus a gas mixture can be formed, which passes through as a gas premix burner through the flame holder and burns. The addition of exhaust gas to the combustion air for air preheating also reduces the formation of nitrogen oxides and this should improve start-up behavior, because the operating point is reached relatively quickly. The combustion air is passed for heat absorption by at least partially projecting beyond a burner surface, spaced from the burner flame guide and accelerated in a nozzle in the guide, so that the exhaust gas can be sucked from the combustion chamber and mixed with the air.

Auch die DE 26 43 293 A1 beschreibt einen solchen Kanal für die Verbrennungsluft, der als Zylinder um den hinteren Bereich eines Brennstabes bzw. Brennelementes angeordnet ist. Da für die Vermischung und die Verbrennungsreaktion ein bestimmter Mindestbrennelementdurchmesser erforderlich ist, kann dieser Aufbau zu einem gegenüber bekannten Bauformen insgesamt relativ großen Feuerraum führen.Also the DE 26 43 293 A1 describes such a channel for the combustion air, which is arranged as a cylinder around the rear portion of a fuel assembly. Since a certain minimum fuel element diameter is required for the mixing and the combustion reaction, this structure can lead to a relatively large overall combustion chamber compared to known designs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Ölvormischbrenner die Verbrennungsqualität und die Robustheit, besonders im Hinblick auf Modulationsfähigkeit, zu optimieren.Of the Invention is therefore the object of an oil premix burner the quality of combustion and the robustness, especially with regard to modulation capability, to optimize.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention was this is solved with the features of claim 1. Advantageous developments are the dependent claims refer to.

Der Ölvormischbrenner ist dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Brennelement auf der der Öldüse zugewandten Stirnseite eine zusätzliche Brenneroberfläche für eine Heizflamme aufweist, welche auf einen zugeordneten Luftwärmetauscher für die Vorwärmung der Verbrennungsluft wirkt.The oil premix burner is characterized in that the cylindrical fuel assembly on the facing the oil nozzle Front side an additional burner surface for one Has heating flame, which an associated air heat exchanger for preheating the Combustion air acts.

Der Luftwärmetauscher ist radial außerhalb der Öldüse und gegenüber der zusätzlichen Brenneroberfläche für eine Heizflamme auf der Stirnseite des zylindrischen Brennelementes angeordnet. Er befindet sich damit radial außerhalb der Öldüse, mit einem Abstand gegenüber der zusätzlichen Brenneroberfläche für eine Heizflamme und erstreckt sich radial bis etwa auf den gleichen Durchmesser wie das zylindrische Brennelement nach außen. Die Verbrennungsluft strömt aus dem Verbrennungsluftkanal zunächst radial nach außen in den Luftwärmetauscher ein, dann von der Außenseite des Luftwärmetauschers durch mindestens einen parallel zur zusätzlichen Brenneroberfläche auf der Stirnseite des zylindrischen Brennelementes verlaufenden Kanal in Richtung Öldüse und gelangt danach über mindestens eine Einströmöffnung in das innere Verteilelement.Of the Air heat exchanger is radially outside the oil nozzle and opposite to the additional burner surface for one Heating flame arranged on the front side of the cylindrical fuel assembly. He is thus located radially outside the oil nozzle, with a Distance opposite the additional burner surface for one Heizflamme and extends radially to about the same diameter as the cylindrical fuel element to the outside. The combustion air flows out of the Combustion air duct first radially outward in the air heat exchanger one, then from the outside of the air heat exchanger by at least one parallel to the additional burner surface the front side of the cylindrical fuel element extending channel in the direction of the oil nozzle and arrives afterwards over at least one inflow opening in the inner distribution element.

Der parallel zur zusätzlichen Brenneroberfläche auf der Stirnseite des zylindrischen Brennelementes verlaufende Kanal ist in axialer Richtung stromaufwärts durch ein scheibenartiges Trennelement zum Verbrennungsluftkanal abgegrenzt. Im Bereich um die Öldüse kann das scheibenartige Trennelement mindestens eine Öffnung für eine axiale Direktströmung von Verbrennungsluft aus dem Verbrennungsluftkanal in das innere Verteilelement aufweisen. Dieser Durchtrittsquerschnitt der mindestens einen Öffnung im scheibenartigen Trennelement kann zusätzlich auch einstellbar und/oder verschließbar gestaltet sein, beispielsweise um in speziellen Betriebzuständen direkten Einfluss auf die Verbrennungsluftzufuhr zu nehmen.The parallel to the additional burner surface on the front side of the cylindrical fuel element extending channel is delimited in the axial direction upstream through a disc-like separator to the combustion air duct. In the area around the oil nozzle, the disc-like separating element can have at least one opening for an axial direct flow of combustion air from the Ver have combustion air duct in the inner distribution element. This passage cross section of the at least one opening in the disk-like separating element can additionally also be configured adjustable and / or closable, for example in order to take direct influence on the combustion air supply in special operating states.

Die zusätzliche Brenneroberfläche für die Heizflamme erstreckt sich radial außerhalb des um die Öldüse angeordneten inneren Verteilelementes. Dieses dient vorzugsweise zum Befestigen des Brennelementes am stromaufwärtigen Brennerteil.The additional burner surface for the heating flame extends radially outside of the arranged around the oil nozzle inner distribution element. This is preferably used for fastening of the fuel assembly at the upstream Burner part.

In einer ersten Ausführungsform geht die Brenneroberfläche für die Hauptflamme auf der äußeren Mantelfläche fließend in die zusätzliche Brenneroberfläche für die Heizflamme auf der Stirnseite des Brennelementes über. Dagegen ist bei einer zweiten Ausführungsform eine Abschirmung der zusätzlichen Brenneroberfläche für die Heizflamme gegenüber der Brenneroberfläche für die Hauptflamme vorgesehen, indem die äußere Mantelfläche auf der Stirnseite des Brennelementes mit einem ringförmigen Vorsprung versehen ist, welcher den Bereich der Heizflamme weitgehend in Richtung des zugeordneten Luftwärmetauschers übergreift. Dabei ist ein Abstand zwischen dem ringförmigen Vorsprung und der Vorderseite des Luftwärmetauschers vorgesehen, damit die Heizgase der Heizflamme nach außen hin entweichen können.In a first embodiment goes the burner surface for the Main flame on the outer surface flowing in the extra burner surface for the Heating flame on the front side of the fuel assembly over. On the other hand is in a second embodiment a shield of the additional burner surface for the Heating flame opposite the burner surface for the Main flame provided by the outer lateral surface up the end face of the fuel assembly with an annular projection is provided, which the area of the heating flame largely in the direction the associated air heat exchanger overlaps. Here is a distance between the annular projection and the front of the air heat exchanger provided so that the hot gases of the heating flame escape to the outside can.

Der Luftwärmetauscher kann mindestens eine Öffnung für die Beimischung von Abgas aufweisen. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs können weiterhin auf der Innen- und/oder Außenseite des Luftwärmetauschers oberflächenvergrößernde Leit- und/oder Drallerzeugungsrippen angebracht sein. Neben der erwähnten vertikalen Parallelität der beiden korrespondierenden Oberflächen von Brennelement-Stirnseite und Luftwärmetauscher ist auch möglich, die beiden Flächen parallel geneigt oder als parallele Halbkugel auszubilden.Of the Air heat exchanger can have at least one opening for the Have admixture of exhaust gas. To improve the heat transfer can continue on the inside and / or Outside of the air heat exchanger surface enlarging guide and / or swirl-generating ribs are attached. In addition to the mentioned vertical parallelism the two corresponding surfaces of fuel element end face and air heat exchanger is possible, too, the two surfaces parallel inclined or form as a parallel hemisphere.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden bei Ölvormischbrennern mit einem zylindrischen Brennelement sowohl die Verbrennungsqualität als auch die Robustheit verbessert. Insbesondere für modulierenden Betrieb ist die erfindungsgemäße Anordnung mit einer in zwei Abschnitte eingeteilten Brenneroberfläche vorteilhaft. Der Abschnitt des Außenzylinders dient der Erzeugung der Heizgase, der Abschnitt auf der Stirnseite, der vom Brennraum abgewandt ist, dient der Erwärmung der Luftvorwärmung über die zugeordnete Wärmetauscherwand. Weil die Stirnseite des Brennelementes somit ebenfalls als Brennfläche benutzt wird, kann erfindungsgemäß trotz einer integrierten Luftvorwärmungsfunktion ein Brennelement mit einem größerem Durchmesser als beim Stand der Technik eingesetzt werden.With be the inventive measures in oil premix burners with a cylindrical fuel element both the quality of combustion as well the robustness improves. Especially for modulating operation the inventive arrangement advantageous with a divided into two sections burner surface. The section of the outer cylinder is used to generate the hot gases, the section on the front, which faces away from the combustion chamber, is used to heat the air preheating on the associated heat exchanger wall. Because the front side of the fuel assembly thus also used as a burning surface is, according to the invention despite an integrated air preheat function a fuel assembly with a larger diameter as used in the prior art.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur einen Ölvormischbrenner in einem Längsschnitt.The Drawing represents an embodiment of Invention represents and shows in a single figure an oil premix burner in a longitudinal section.

Der Ölvormischbrenner besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Brennelement 1 mit einer Brenneroberfläche 2 für eine Hauptflamme auf der äußeren Mantelfläche, einem eine Verteilkammer 3 um eine zentrale Öldüse 4 ausbildenden inneren Verteilelement 5, einem Düsenstock 6 und einem an ein stromaufwärts angeordnetes Gebläse angeschlossenen Verbrennungsluftkanal 7. Das zylindrische Brennelement 1 besitzt auf der der Öldüse 4 zugewandten Stirnseite eine zusätzliche Brenneroberfläche 8 für eine Heizflamme, welche auf einen zugeordneten Luftwärmetauscher 9 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft wirkt.The oil premix burner consists essentially of a cylindrical fuel element 1 with a burner surface 2 for a main flame on the outer surface, one a distribution chamber 3 around a central oil nozzle 4 forming inner distribution element 5 , a nozzle 6 and a combustion air duct connected to an upstream fan 7 , The cylindrical fuel element 1 owns on the oil nozzle 4 facing end face an additional burner surface 8th for a heating flame, which is on an associated air heat exchanger 9 to preheat the combustion air acts.

Der Luftwärmetauscher 9 befindet sich radial außerhalb der Öldüse 4, parallel und mit einem Abstand gegenüber der zusätzlichen Brenneroberfläche 8. Aus dem Verbrennungsluftkanal 7 gelangt die Verbrennungsluft zunächst über Durchbrechungen 10 in dessen Mantel radial nach außen in den Luftwärmetauscher 9, strömt von der Außenseite des Luftwärmetauschers 9 durch mindestens Kanal 11 in Richtung Öldüse 4 und dann über mindestens eine Einströmöffnung 12 in das innere Verteilelement 5.The air heat exchanger 9 is located radially outside the oil nozzle 4 , parallel and at a distance from the additional burner surface 8th , From the combustion air duct 7 the combustion air passes through openings first 10 in the jacket radially outward into the air heat exchanger 9 , flows from the outside of the air heat exchanger 9 through at least channel 11 in the direction of the oil nozzle 4 and then via at least one inflow opening 12 into the inner distribution element 5 ,

Der radial orientierte Kanal 11 ist in axialer Richtung stromaufwärts durch ein scheibenartiges Trennelement 13 zum Verbrennungsluftkanal 7 abgegrenzt. Dieses Trennelement 13 besitzt im Bereich um die Öldüse 4 mehrere Öffnungen 14 für eine axiale Direktströmung von Verbrennungsluft aus dem Verbrennungsluftkanal 7 in die Verteilkammer 3.The radially oriented channel 11 is in the axial direction upstream through a disc-like separator 13 to the combustion air duct 7 demarcated. This separator 13 owns in the area around the oil nozzle 4 several openings 14 for an axial direct flow of combustion air from the combustion air duct 7 into the distribution chamber 3 ,

Gemäß der oberen Hälfte der Darstellung im Längsschnitt geht die Brenneroberfläche 2 für die Hauptflamme fließend in die zusätzliche Brenneroberfläche 8 für die Heizflamme auf der Stirnseite des Brennelementes 1 über. Dagegen ist der unteren Hälfte der Darstellung im Längsschnitt eine Alternative mit einem ringförmigen Vorsprung 15 gezeigt, welcher eine Abschirmung der zusätzlichen Brenneroberfläche 8 gegenüber der Brenner oberfläche 1 bewirkt. Der ringförmige Vorsprung 15 übergreift den Bereich der Heizflamme weitgehend in Richtung des zugeordneten Luftwärmetauschers 9. Es bleibt aber ein Abstand zum Entweichen der Heizgase zwischen dem ringförmigen Vorsprung 15 und der Vorderseite des Luftwärmetauschers 9.According to the upper half of the representation in longitudinal section, the burner surface goes 2 for the main flame flowing into the additional burner surface 8th for the heating flame on the front side of the fuel assembly 1 above. In contrast, the lower half of the representation in longitudinal section is an alternative with an annular projection 15 which shields the additional burner surface 8th opposite the burner surface 1 causes. The annular projection 15 largely overlaps the area of the heating flame in the direction of the associated air heat exchanger 9 , However, there remains a distance to the escape of the hot gases between the annular projection 15 and the front of the air heat exchanger 9 ,

Auf der Innenseite des Luftwärmetauschers 9 sind zusätzlich oberflächenvergrößernde Leit- und/oder Drallerzeugungsrippen 16 angebracht.On the inside of the air heat exchanger 9 are additionally surface-increasing guide and / or swirl-generating ribs 16 appropriate.

Claims

Oil premix burner with a cylindrical fuel assembly ( 1 ), a burner surface ( 2 ) for a main flame on the outer lateral surface, one a distribution chamber ( 3 ) around a central oil nozzle ( 4 ) forming inner distribution element ( 5 ), an inflow opening ( 12 ) for combustion air in the area of the oil nozzle ( 4 ), a nozzle ( 6 ) with an oil preheater and a combustion air duct connected to an upstream fan ( 7 ), characterized in that the cylindrical fuel assembly ( 1 ) on the oil nozzle ( 4 ) facing an additional burner surface ( 8th ) for a heating flame, which on an associated air heat exchanger ( 9 ) acts for the preheating of the combustion air.

Oil premix burner according to claim 1, characterized in that the air heat exchanger ( 9 ) radially outside the oil nozzle ( 4 ) and the additional burner surface ( 8th ) for a heating flame on the front side of the cylindrical fuel assembly ( 1 ) is arranged.

Oil premix burner according to claims 1 or 2, characterized in that the air heat exchanger ( 9 ) radially outside the oil nozzle ( 4 ) and at a distance from the additional burner surface ( 8th ) for a heating flame on the front side of the cylindrical fuel assembly ( 1 ) is arranged.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the air heat exchanger ( 9 ) radially to about the same diameter as the cylindrical fuel assembly ( 1 ) extends to the outside.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that the combustion air from the combustion air duct ( 7 ) initially radially outward into the air heat exchanger ( 9 ), then from the outside of the air heat exchanger ( 9 ) by at least one parallel to the additional burner surface ( 8th ) on the end face of the cylindrical fuel assembly ( 1 ) running channel ( 11 ) in the direction of the oil nozzle ( 4 ) flows and at least one inlet opening ( 12 ) in the inner distribution element ( 5 ).

Oil premix burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that parallel to the additional burner surface ( 8th ) on the end face of the cylindrical fuel assembly ( 1 ) running channel ( 11 ) in the axial direction upstream through a disc-like separating element ( 13 ) to the combustion air duct ( 7 ) is delimited.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 6, characterized in that the disc-like separating element ( 13 ) in the area around the oil nozzle ( 4 ) at least one opening ( 14 ) for an axial direct flow of combustion air from the combustion air duct ( 7 ) in the inner distribution element ( 5 ) having.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 7, characterized in that the passage cross-section of the at least one opening ( 14 ) in the disc-like separating element ( 13 ) is adjustable and / or closable.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 8, characterized in that the additional burner surface ( 8th ) for the heating flame radially outside of the oil nozzle ( 4 ) arranged inner distribution element ( 5 ).

Oil premix burner according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inner distributor element ( 5 ) for fixing the fuel assembly ( 1 ) at the upstream burner part.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 10, characterized in that the burner surface ( 2 ) for the main flame on the outer lateral surface flowing into the additional burner surface ( 8th ) for the heating flame on the front side of the fuel assembly ( 1 ) passes over.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 10, characterized in that a shield of the additional burner surface ( 8th ) for the heating flame opposite the burner surface ( 1 ) is provided for the main flame by the outer circumferential surface on the front side of the fuel assembly ( 1 ) with an annular projection ( 15 ), which covers the area of the heating flame substantially in the direction of the associated air heat exchanger ( 9 ), wherein a distance to the escape of the hot gases between the annular projection ( 15 ) and the front of the air heat exchanger ( 9 ) is provided.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 12, characterized in that the air heat exchanger ( 9 ) has at least one opening for the admixture of exhaust gas.

Oil premix burner according to one of claims 1 to 13, characterized in that on the inside and / or outside of the air heat exchanger ( 9 ) surface-increasing guide and / or swirl-generating ribs ( 16 ) are mounted.