Projekt 07948/01

Weiterentwicklung und Erprobung einer neuartigen Brennerdüse für den Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen

Projektdurchführung

KANTEC GmbH EnergietechnikStrömungs-, Wärme-, Verbrennungstechnik
Mühlbachweg 7
88250 Weingarten

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zur Zeit gibt es keine wirtschaftlich vertretbare Brennstoffzerstäubungsdüse für kleine Ölgebläsebrenner mit einem großen Leistungs-Modulationsbereich. Das Schwingstößeldüsen-Konzept erlaubt genau dies. Deshalb soll die Schwingstößeldüse, deren prinzipielle Funktion durch Vorversuche nachgewiesen wurde, zu einem ausgereiften Produkt fertig entwickelt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAusgehend von den Erkenntnissen aus den Vorversuchen werden neue Schwingstößeldüsen-Funktionsmuster mit unterschiedlichen Bauteildimensionen und Spaltgeometrien konstruiert, gefertigt und getestet. Die die Schadstoffemission bestimmenden Parameter, Brennstoffverteilung und Tropfengröße werden in Abhängigkeit vom jeweiligen Massenstrom erfaßt. Insbesondere der Einfluß der Oberflächenrauhigkeit der den Sprühspalt begrenzenden Oberflächen soll untersucht werden. Die daraus resultierende optimierte Konstruktion wird im Heißbetrieb getestet. Der Einfluß der Flammenstrahlung und der Ölqualität wird untersucht. Die Werkstoffauswahl wird untersucht, um eine befriedigende Dauerstandfestigkeit zu erzielen. Es werden Prototypen konstruiert und gefertigt, welche die aus den Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse verwenden. Diese Prototypen sollen bei Brennerherstellern in regelbaren Ölgebläsebrennern getestet werden.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurden verschiedene Schwingstößeldüsen-Versionen ausgelegt, konstruiert, gefertigt und getestet.

Bei den Versuchen mit der Version SSD5 gab es eine Überraschung. Bei 4,8 bar veränderte sich das Sprühbild völlig. Der bisher obligatorische Ölfilm am Düsenauslaß verschwand. Offensichtlich wurde nun der Ölfilm, wie gewünscht, direkt am Auslaß zerhackt. Die Zerstäubung verbesserte sich drastisch. Die ersten wirklich voll durchschlagenden Schwingungen waren erreicht. Die Schwingungen waren als singender Ton zu hören und hatten eine Frequenz von 1400 Hz. Der Durchflußbereich, in welchem die Schwingungen stabil waren, war aber noch recht klein. Ober- und unterhalb des voll durchschwingenden Durchflußbereiches gab es jedoch den bekannten Ölfilm.

Nachdem nun klar war, wie das Sprühbild aussieht, wenn der Stößel voll durchschwingt, sollte mit den nachfolgenden Versionen der voll durchschwingende Durchflußbereich vergrößert, die Schwingungsfrequenz erhöht, die Minimalleistung verringert und die Schwingungsgeräusche verringert werden.

Mit verschiedenen Folgeversionen konnte keine Vergrößerung des voll durchschwingenden Durchflußbereiches erreicht werden. Dies gelang schließlich mit der Version SSD21. Mit dieser Version wurde bei einem Druck von 3,2 bar eine Minimalleistung von 40 kW erzielt. Die Maximalleistung lag bei 400 kW und wurde durch die Förderleistung der Pumpe beschränkt. Damit wurde ein Regelverhältnis von 1:10 erreicht. Der Sprühkegel hatte einen Sprühwinkel von ca. 90°C, war gleichmäßig und hatte eine halbhohle Sprühcharakteristik, welche für die meisten Brennköpfe sehr gut geeignet ist. Die maximale Tropfengröße wurde ermittelt mit DT = 0,2 mm. Über die minimale Tropfengröße ließ sich keine Aussage machen, da die feinen und feinsten Tropfen fotografisch nicht mehr erfaßt werden können. Die akustisch gemessene Schwingungsfrequenz lag zwischen 12 und 18 kHz und war nur als leises Rauschen wahrzunehmen.

Eine weitere Verringerung der Minimalleistung konnte während der Laufzeit des Projektes nicht erreicht werden. Deshalb konnten auch noch keine Heißtests in einem Brenner durchgeführt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Durchführung des Projektes wird in der Presse bekanntgegeben. In der Fachzeitschrift Wärmetechnik wird über Durchführung und Ergebnisse des Projektes berichtet werden.


Fazit

Das Betriebsverhalten der Schwingstößeldüse konnte im Verlauf dieses Projektes erheblich verbessert werden. Die erreichte Minimalleistung lag mit 40 kW jedoch noch deutlich über dem angestrebten Wert.