DE2125577A1

DE2125577A1 - Brenner für flüssige Brennstoffe

Info

Publication number: DE2125577A1
Application number: DE19712125577
Authority: DE
Inventors: Michel Vernier; Meylan Jean-Luc Genf; Kummermann (Schweiz)
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR2099821A5; GB1358192A; DE2125577B2; CH529969A

Description

Brenner für flüssige Brennstoffe

Es sind sogenannte "blauflammige¹¹ Brenner bekannt, die besonders für die Verbrennung flüssiger Kohlenwasserstoffe bestimmt sind und in denen in die Verbrennungsluft vor ihrer Einführung in die Brennräume eine Zufuhr einer gewissen Menge, in Strömungsrichtung hinter der Verbrennungszone im eigentlichen Sinne entnommener Verbrennungsprodukte durchgeführt wird. In diesen Brennern ist die Verbrennung vollständiger als bei konventionellen, sogenannten"gelbflammigen" Brennern, weil es durch diese Zufuhr von Verbrennungsgas praktisch keine Bildung von Ruß oder Festkörperteilchen gibt. Bei "blauflammigen¹¹ Brennern ist die Verbrennung außerdem weniger geräuschvoll als bei Brennern der konventionellen Bauart.

Unter dem praktischen Gesichtspunkt gesehen, stößt die Anwendung des Prinzips des Zwangsumlaufs der Verbrennungsgase in den "blauflammigen" Brennern jedoch auf gewisse Schwierigkeiten. Tatsächlich ist es unerläßlich, um eine schnelle Einschaltung der "blauflammigen" Verbrennung zu sichern, dag Volumen der Brennkammer in Strömungsrichtung vor der Zone der Verbrennungsgasentnahme zu begrenzen, weshalb die eigent-

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liehe Verbrennungskammer im allgemeinen ein geringeres Volumen als der Brennraum des Kessels besitzt und somit durch geeignete Wände begrenzt sein muß. Es ist sonst notwendig, andere Wände anzuordnen, die spezieller zur Führung der Ausströmung der im Kreislauf zurückgeführten Verbrennungsprodukte bestimmt sind. Diese strukturelle Kompliziertheit führt dazu, daß die Gesamtheit des erwähnten Brenners dann beträchtliche Abmessungen aufweist, insbesondere hinsichtlich seiner Länge, was seinen Einbau in alle vorhandenen Kessel unmöglich macht.

Bei einer anderen bekannten Bauweise wurde die Schaffung f eines Verbrennungskreislaufs dadurch vorgeschlagen, daß man ein Hindernis in der Strömung der Frischluft anordnet, das sich z.B. in Form einer Platte ausbilden läßt. Unter diesen Umständen bildet sich hinter der Platte eine turbulente Strömung, in deren Zentrum die Axialgeschwindigkeit eine der Strömungsrichtung der Frischluft entgegengesetzte Richtung hat, was erlaubt, eine gewisse Verbrennungsproduktmenge in Richtung auf die Flammenbasis zurückzuführen.

Es ist gemäß einer anderen bekannten Bauart ebenso möglich, eine analoge Wirkung dadurch zu erzielen, daß man von einem ortsfesten Leitrad Gebrauch macht, das in der Weise ausgebildet ist, daß es der Frischluftströmung ein kinetisches Drehmo- * ment erteilt, was ebenfalls eine gewisse Rückströmung der Gase nach der Flammenbasis erzeugt.

Obwohl diese Systeme mit "induzierter¹¹ Rückströmung das Zurückströmenlassen verhältnismäßig großer Verbrennungsgasmen gen erlauben, ist die erhaltene Verbrennung nicht stabil und ihre Flamme nicht vollständig blau. Der wahrscheinliche Grund hierfür ist, daß das Gemisch aus Frischluft und Verbrennungsgasen schlecht zustande kommt und daß die Verbrennungsatmosphäre nicht die gewünschte Zusammensetzung aufweist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit blauer Flamme arbeitenden, wenig Platz einnehmenden Brenner für flüssige Brennstoffe anzugeben, dessen Luftzufuhr sich mittels eines Gebläses üblichen Typs durchführen läßt und bei dem die Bildungszeit für die blaue Flamme besonders kurz ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Brenner für flüssige Brennstoffe, der eine Zerstäubungsdüse für den Brennstoff und einen Verteiler für die Verbrennungsluft in der Brennstoffzerstäubungszone umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß dieser Verteiler einen Ringkanal aufweist, der dazu bestimmt ist, an seinem einen Ende mit einer Luftquelle verbunden zu werden, und an seinem anderen Ende in die Zerstäubungszone zu münden, daß die Zerstäubungsdüse in der Mitte des mindestens von einem Teil der Länge des Ringkanals begrenzten Raumes angeordnet ist, daß dieser Raum an seinem einen, von der Zerstäubungszone abgewandten Ende durch eine dort angeordnete Wand verschlossen ist und mit dem Ringkanal über mindestens einen ringförmigen, nahe diesem Ende angeordneten Durchlaß in Verbindung steht und daß schließlich der Querschnitt des Ringkanals, mindestens in seinem unmittelbar in Strömungsrichtung vor diesem Durchlaß gelegenen Teil, so ausgebildet ist, daß die Strömung in Strömungsrichtung hinter diesem Querschnitt des Ringkanals in diesem eine Absenkung des statischen Druckes gegenüber dem in dem Raum herrschenden verursacht.

Die einzige Abbildung der Zeichnung stellt beispielsweise und sehr schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Brenners nach der Erfindung dar.

Dieser Brenner umfaßt einen rohrförmigen Körper 1, der mit seinem größten Teil in das Innere des Feuerraums 2 eines Kessels ragt und an seinem Boden an eine Leitung 3 angeschlossen ist, die an einer nicht dargestellten, eine große Luftmenge bei ver-

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hältnismäßig geringem Druck von 40 mm WS oder selbst weniger liefernden Quelle endet. Diese Quelle kann von einem Ventilator gebildet werden.

Im Innern der Leitung 3 und des größten Teils des Körpers 1 ist ein Rohr 4 angeordnet. Dieses ist an seinem unteren, nicht dargestellten Ende mit einer Zuleitung für flüssige Kohlenwasserstoffe verbunden und trägt an seinem oberen Ende eine Düse 5 mit zahlreichen öffnungen, die zur Bildung eines regelrechten Nebels aus feinen Brennstofftröpfchen im Innern des Feuerraums 2 bestimmt ist.

Im Innern des Körpers 1 sind im übrigen ein Mantel 6, ein Deckel 7, der einen zwischen dem Durchmesser des Mantels 6 und dem des Körpers 1 liegenden Durchmesser aufweist, und zwei Hülsen 8 und 9 angeordnet, die auf dem Boden des Deckels 7 befestigt sind, sich koaxial zu dem Rohr 4 erstrecken und den oberen Teil dieses Rohrs ebenso wie die Düse 5 umgeben. Der Mantel 6 und der Deckel 7 werden gegenüber dem Körper 1 durch Stege 6a hinsichtlich des ersteren sowie durch weitere, nicht dargestellte Stege hinsichtlich des letzteren in koaxialer Lage gehalten.

Vor der Erläuterung der Wirkungsweise des dargestellten Brenners müssen noch vier wichtige Besonderheiten desselben erwähnt werden.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Deckel 7 in der Weise gegenüber dem Mantel 6 angeordnet, daß der Rand seiner öffnung auf einer Höhe angeordnet ist, die im wesentlichen der des unteren Endes des Mantels entspricht, wobei die beiden Ränder zwischen sich einen Ringspalt 10 begrenzen, dessen Zweck noch ersichtlich gemacht werden wird.

Die Form des Mantels 6, die über den größten Teil seiner Länge zylindrisch ist, ist nahe seinem oberen Ende sich verjüngend ausgebildet, so daß er mit dem ihm gegenüberliegen-

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den Teil des Körpers 1 eine Art Diffusor bildet.

Der Boden 7 ist in seiner Mitte von einer öffnung 7a durchsetzt, die kreisförmig und deren Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Rohrs 4 ist; sie ist dazu bestimmt, nicht nur den Durchgang des Rohrs zu gestatten, sondern auch den Durchfluß eines Teils der Frischluft, die dem unteren Teil des Körpers 1 durch die Leitung 3 zugeführt wird, nach dem Innern der Büchse 9.

Die Breite des ringförmigen Raums b zwischen der Seitenfläche des Deckels 7 und der Innenfläche des Körpers 1 ist so bemessen, daß durch die Strömungsgeschwindigkeit der aus der Leitung 3 durch diesen Raum strömenden Luft der statische Druck im Bereich des ringförmigen Kanals a, der durch den Mantel 6 und den Körper 1 begrenzt wird, in dem unmittelbar über dem Deckel 7 liegenden Teil dieses Kanals kleiner als der statische Druck ist, der in dem ringförmigen Raum c zwischen der Hülse 8 und dem Mantel 6 herrscht.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Brenners ist folgende:

Da die Leitung 3 in der beschriebenen Weise mit Luft beliefert wird, strömt diese sowohl in Richtung des ringförmigen Durchlasses b wie auch durch die öffnung 7a des Deckels 7.

Infolge des geringen Querschnitts des Durchlasses b vollzieht sich die Strömung zwischen dem Deckel 7 und dem Körper^ mit einer verhältnismäßig erheblichen Geschwindigkeit, so daß am Einlaß des ringförmigen Raums a, der von dem Mantel 6 und dem Körper 1 begrenzt ist, der statische Druck dort besonders niedrig ist. Daraus ergibt sich ein Zustrom von Gas auf der Zeichnung von oben nach unten in dem ringförmigen Raum c und durch den Ringspalt 10 nach dem Inneren des Kanals a. Wenn der dargestellte Brenner in Betrieb ist, handelt es sich bei diesen Gasen offensichtlich um Verbrennungsrückstandsgase.

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Beim Eindringen in das.Innere des Raums a durch den Ringspalt 10 mischen sich diese Gase mit der vom Boden des Kelchs durch den Durchlaß b kommenden Luft, wobei das Ganze in den Feuerraum 2 in Form eines ringförmigen Strahls eingeblasen wird. Es ist bemerkenswert, daß dank der erwähnten Ausweitung des oberen Teils des Mantels 6 der statische Druck des Gemisches aus im Kreislauf geführtem Verbrennungsgas und Frischluft einen Wert aufweist, der etwas größer ist als der in dem Feuerraum 2 herrschende.

Dieses Gemisch tritt also in den Feuerraum 2 in Form eines Ringstrahls ein, dessen Dichte viel höher ist als die der Umgebungsatmosphäre, und der eine beträchtliche Geschwindigkeit aufweist, was ihm gestattet, eine gewisse Entfernung zurückzulegen, bevor er sich mit den Gasen dieser Atmosphäre vermischt. Dank dieser Wirkung ist es möglich zu vermeiden, daß das kaum von dem Brenner ausgeblasene Brenngemisch durch den in der Kammer c erzeugten Unterdruck wieder in der oben beschriebenen Weise angesaugt wird, bevor es in die eigentliche Verbrennungszone eingedrungen ist.

Wie ersichtlich, wird die Strömung der Gase also in dem äusseren Teil der Flamme in der Zeichnung von unten nach oben gerichtet, während sie in dem mittleren Teil derselben in ent- W gegengesetztem Sinn verläuft. Daraus ergibt sich, daß die Flamme vollständig am Brenner haften bleibt. Es ist im übrigen bemerkenswert, daß der Querschnitt des Ringraums c so bemessen ist, daß die Geschwindigkeit der in diesen Raum angesaugten Gase hinreichend schwach ist, damit die Flamme nicht angesaugt wird.

Wie erwähnt, wird ein Teil der durch die Leitung 3 dem Körper 1 zugeführten Frischluft zur Durchquerung der Öffnung 7a veranlaßt, die in dem Boden des Deckels 7 ausgebildet ist.

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Diese Luft ist besonders dazu bestimmt, die Düse 5 auf einer hinreichend niedrigen Temperatur zu halten, damit kein Niederschlag von Kohlenwasserstoffen oder Kohlenstoff sich in der Nähe der Öffnungen der Düse bilden und diese Öffnungen verstopfen kann. Eine entsprechende Vorkehrung ist hinsichtlich der Elektroden getroffen, die zur Zündung des Brenners und zur Steuerung der Verbrennung bestimmt und in der Zeichnung nicht dargestellt sind, die jedoch ebenfalls im Innern des Hülsenpaars 8 und 9 angeordnet sind.

Bei einer nicht dargestellten AusführungsVariante würde es möglich sein, auf die Hülsen zu verzichten, namentlich wenn der von dem Brenner zu verarbeitende Brennstoff von guter Qualität ist und nur wenig Rückstände bei seiner Verbrennung hinterläßt.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß es möglich wäre, um dem aus dem Brenner austretenden Gasgemisch eine stark turbulente Bewegung zu erteilen, bei einer Variante der Ausführungsform den Stegen 6a ein entsprechendes Profil zu geben, das diesem Gemisch eine umlaufende Bahn aufzwingt. Obwohl in der vorstehenden Beschreibung und in der darin herangezogenen Zeichnung nur ein Brenner mit senkrechter Achse behandelt wurde, kann ein solcher Brenner selbstverständlich eine andere Lage einnehmen und insbesondere horizontal oder auch nach unten oder oben geneigt angeordnet sein.

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Claims

Patentansprüche

Brenner für flüssige Brennstoffe, der eine Zerstäubungsdüse für den Brennstoff und einen Verteiler für die Verbrennungsluft in der Brennstoffzerstäubungszone umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Verteiler einen Ringkanal (a, b) aufweist, der dazu bestimmt ist, an seinem einen Ende mit einer Luftquelle verbunden zu werden, und an seinem anderen Ende in die Zerstäubungszone zu münden, daß die Zerstäubungsdüse (5) in der Mitte des mindestens von einem Teil der Länge des Ringkanals (a, b) begrenzten Raumes (c) angeordnet ist, daß dieser Raum (c) an seinem einen, von der Zerstäubungszone abgewandten Ende durch eine dort angeordnete Wand (7) verschlossen ist und mit dem Ringkanal (a, b) über mindestens einen ringförmigen, nahe diesem Ende angeordneten Durchlaß (10) in Verbindung steht und daß schließlich der Querschnitt (b) des Ringkanals (a, b) in seinem unmittelbar in Strömungsrichtung vor diesem Durchlaß (10) gelegenen Teil so ausgebildet ist, daß die Strömung in Strömungsrichtung hinter diesem Querschnitt (b) des Ringkanals in diesem eine Absenkung des statischen Druckes gegenüber dem in dem Raum (c) herrschenden verursacht.
2. Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Hülse (8, 9), die die Düse (5) koaxial zu ihr umgibt und mit einem Ende abdichtend an der Wand (7) befestigt ist, sowie durch eine Einrichtung (7a) zum Verbinden des von der Hülse (8, 9) begrenzten Volumens um die Düse (5) herum in der Weise mit der Luftquelle, daß um die Düse (5) herum eine sie kühlende Luftströmung erzeugt wird.

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3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (a, b) einerseits von der Seitenwand eines rohrförmigen, an seinem einen Ende zur Verbindung mit der Luftquelle bestimmten Körpers (1), andererseits erstens von einem ringförmigen, im Innern des Körpers (1) angeordneten Mantel (6) und zweitens von der Seitenwand eines Deckels (7) begrenzt wird, dessen Durchmesser einen zwischen dem des Mantels (6) und dem des Innenraums des Körpers (1) liegenden Wert aufweist und der in dem Körper (1) mit seiner Höhlung dem anderen Ende desselben zugewandt und koaxial zu dem Körper (1) und zu dem Mantel (6) angeordnet ist, wobei der Rand des Deckels (7) sich in einer Höhe befindet, die im wesentlichen der des Randes des inneren Endes des Mantels (6) entspricht, und der von diesen beiden Rändern begrenzte Durchlaß (10) die Verbindung zwischen dem Raum (c) einerseits und dem Ringkanal (a, b) andererseits und der Boden des Deckels (7) die Abschluß-Wand des Raumes (c) bildet.
4. Brenner nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung von mindestens einer in dem von der Hülse (9) begrenzten Teil des Bodens des Deckels (7) angebrachten öffnung (7a) gebildet wird, die den Unterteil des Körpers (1) mit dem Inneren der Hülse (9) verbindet.
5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung des Ringkanals (a, b) sich erweiternd ausgebildet ist und einen Diffusor bildet.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Leitschaufeln (6a), die in

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der Auslaßöffnung des Ringkanals (a, b) so angeordnet sind, daß sie der aus dem Ringkanal (a, b) ausströmenden Luft eine Wirbelbewegung erteilen.

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