-
Einrichtung zur Verbesserung der Verbrennung flüssiger oder staubförmiger
Brennstoffe Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbesserung der Verbrennung
flüssiger oder staubförmiger Brennstoffe, welche Schwingungen vorzugsweise hoher
Frequenz in der Verbrennungsluft erzeugt. Hierdurch werden verbesserte Verbrennungsbedingungen
für die Brennstoffe sichergestellt.
-
Es ist bekannt, zur Verbesserung der Verbrennung von Brennstoffen
Schallschwingungen oder Ultraschallschwingungen, die von Pfeifen oder statischen
Sirenen erzeugt werden, auf die Gasmischung in der Verbrennungskammer, auf die Primärluft,
welche die Brennstoffe in Suspension enthält, und bzw. oder die Sekundärluft einwirken
zu lassen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Maßnahmen keine wirkliche Verbesserung
des Verbrennungsablaufes bringen. Bei der Anwendung von Schwingungen auf das gesamte
Verbrennungsgas, die Primärluft oder die Sekundärluft mit Hilfe üblicher Schwingungserzeuger
erhält man keine genügende akustische Dichte, um eine brauchbare Wirkung zu erzielen.
Um eine brauchbare Wirkung zu erreichen, würden umfangreiche Vorrichtungen notwendig
sein, die jedoch eine unzulässig große Energiemenge aufnehmen.
-
Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung
zu schaffen, welche die Anwendung von Schwingungen auf den Verbrennungsvorgang leistungsfähig
und wirksam gestaltet, indem die Schwingungen möglichst geballt in einem engen Bereich
am Kopf des Brenners erzeugt werden, wo sie unter bestmöglichen Bedingungen wirken.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwingungserzeuger gleichachsig zum Brenner angeordnet ist und durch einen abgezweigten
Teil der Verbrennungsluft gleichbleibender Menge betrieben wird. Der Schwingungserzeuger
ist unmittelbar am Brenner angeordnet. Die erzeugten Schwingungen sind am größten
am Brennerausgang, und ihr Erzeuger liegt gleichachsig zur Flamme, so daß sie sich
die Ausbreitungsform der Schwingungen der Form der Flamme anpaßt, ohne daß ihre
Energie unnütz aufgewendet wird, um die Flamme in den Bereichen zu beeinflussen,
wo der Innigkeit der Verbrennung keine Bedeutung mehr zukommt. Die Wirkung des gleichachsig
zum Brenner angeordneten Schallerzeugers stellt sicher, daß jedes Tröpfchen oder
Teilchen des Brennstoffes die richtige Turbulenz hat und daß die inerten Gase (CO,),
die es umgeben, abgestreift werden, wodurch eine Beschleunigung der Verbrennung
begünstigt wird, ohne den allgemeinen Verbrennungsablauf zu verändern.
-
Die durch zahlreiche Versuche bestätigten Vorteile der erfindungsgemäßen
Einrichtung sind folgende: Statt die Schwingungen auf das gesamte Gasgemisch und
in die gesamte Primär- oder Sekundärluft einwirken zu lassen, werden die Schwingungen
lediglich in einen Teil der Verbrennungsluft, der weder der Primärluftteil noch
Sekundärluftteil, sondern ein gesondert abgezweigter Teil der Verbrennungsluft ist,
erzeugt. Die Menge dieses Teils beträgt etwa 10% der Verbrennungsluft. Dieser abgezweigte
Teil der Verbrennungsluft ist dazu bestimmt, gleichmäßig einen guten Betrieb der
Pfeife oder der statischen Sirene sicherzustellen.
-
Die durch den Schwingungserzeuger in Schwingungen versetzte Luft tritt
in die Flamme ein, und der in der Luft enthaltene Sauerstoff diffundiert rasch in
die Flamme, wodurch die Verbrennung ohne Störung der Flamme abläuft.
-
Die Schwingungen vergleichmäßigen in der Querrichtung der Flamme die
thermischen und chemischen Zustände in den einzelnen Bereichen im Inneren der Flamme.
Ihre Ausstrahlung und ihre Strömung auf den Oberflächen der Wärmeaustauscher sind
verstärkt.
-
Da der Sauerstoff bei der Berührung mit den Brennstoffen besser verteilt
und erneuert wird, vor allem gegen das Flammeninnere zu, wird andererseits die Verbrennung
beschleunigt. Die Flamme wird kürzer, kommt dem Brennerkopf näher und ist stabiler
als bei einem herkömmlichen Brenner.
Die Verbrennung ist verbessert,
da der Anteil an Unverbranntem bei gleicher Luftmenge bei der Verbrennung geringer
wird. Umgekehrt wird die Luftmenge verringert bei gleichbleibender Menge an Unverbranntem.
Die Leistung der Vorrichtung wird also verbessert. Im Ganzen steigt die Leistung
bei einem Dampferzeuger um etwa 611/o.
-
Durch die Verkürzung der Flamme. kann man das Volumen des Brennerraumes
kleiner halten.
-
Bei Verwendung von Kohlenstaub als Brennstoff wird außerdem das Zusammenfließen
der geschmolzenen und breiigen Körner begünstigt, wodurch die Abtrennung der Asche
und ihre Entfernung, bevor sie in den Schornstein gelangen kann, erleichtert wird.
Hierdurch wird ein Absetzen der Asche auf der Oberfläche der Wärmeaustauscher oder
den benachbarten Dächern verhindert.
-
Die Zeichnungen stellen zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Einrichtung dar.
-
Die mit Fig. 1 bezeichnete Figur zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsform
eines Brenners für flüssige Brennstoffe, die mit Fig. 2 bezeichnete Figur zeigt
einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines Brenners für Kohlenstaub.
-
In der mit Fig. 1 bezeichneten Figur bezeichnet 10
einen üblichen
Zerstäuberbrenner für flüssigen Brennstoff. Dieser Brenner ist gleichachsig mit
einemRohr-11 angeordnet, welches den Schwingungserzeuger trägt. Dieser Schwingungserzeuger
ist eine an sich bekannte statische Sirene, die gleichzeitig zum Rohr 11 und zum
Zerstäuberbrenner 10 angeordnet ist.
-
Die statische Sirene weist zwei Resonanzausnehmungen 13 und 14 auf,
die einander gegenüberliegend angeordnet sind, sowie eine ringförmige Leitung 15
für die Zufuhr von Luft in Richtung auf die scharfe Kante 16 der Resonanzausnehmung
13. Der Leitung 15 bezüglich der Resonanzausnehmungen 13, 14 gegenüberliegend, ist
eine Auslaßöffnung 17 in Form eines ringförnugen Exponentialtrichters vorgesehen.
-
Wie bekannt, wird bei dieser Einrichtung durch die Leitung 15 ein
flächiger Strahl geringer Dicke gegen die scharfe Kante 16 geleitet. Der Strahl,
welcher hierbei in die Resonanzausnehmung 13 eintritt, streicht an der Innenwandung
derselben entlang und trifft schließlich wieder auf den Strahl am Austritt der Leitung
15 auf, so daß letzterer nach außen abgelenkt wird und in die trichterförmige Auslaßöffnung
17 hineinströmt. Sobald der in die Resonanzausnehmung 13 eingeleitete Strahl der
Luft seine Wirkung auf den aus der Leitung 15 austretenden flächigen Strahl ausgeübt
hat, wird die Ablenkung des Strahles aus der Leitung 15 beendet, so daß derselbe
aufs neue in die Ausnehmung 13 eintreten kann und der vorgenannte Vorgang sich wiederholt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß der aus der Leitung 15 austretende Strahl der
Luft eine periodische Unterbrechung erfährt und derart Schwingungen erzeugt, deren
Frequenz von der Art des Stoffes und von der Geschwindigkeit derselben am Austrittende
der Leitung 15 abhängt, ferner von der inneren Kurvenbahn der Resonanzausnehmungen
13 und 14. Diese Frequenz kann wahlweise so eingestellt werden, daß ein Schall sehr
hoher Schwingungen bzw. Ultraschall entsteht, d. h. daß diese Frequenz wenigstens
5000 Schwingungen je Sekunde beträgt.
-
Die in Strömungsrichtung ringförmig spitz zulaufende Leitung 15 ist
durch Leitungen 18 mit einer Kammer 19 verbunden, in welche die Luft durch eine
Rohrleitung 20 eingebracht wird. Der Anteil der Luft, welcher der Sirene
zugeleitet wird, kann mehr oder weniger groß sein und wird vorzugsweise in einer
Größenordnung von etwa 10 % der für, die Verbrennung nötigen Luft gewählt.
-
Für den Schwingungserzeuger ist eine doppelte Kühlung, nämlich eine
innere und äußere, vorgesehen.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die Wandung der trichterförmigen
Auslaßöffnung 17 eine innere Kammer 21, in welcher eine Ringleitung 22 angeordnet
ist, welche eine Vielzahl von Durchbriichen 23 aufweist. Diese Ringleitung 22 ist
mit einem Rohrsystem 24 für die Zuleitung von Kaltwasser verbunden. Ein mit Durchbrüchen
26 versehenes Rohr 25 ermöglicht die Abführung des Kühlwassers aus der Wandung der
trichterförmigen Auslaßöffnung 17.
-
Zwischen dem Rohr 11 und dem Körper 12 des Schwingungserzeugers ist
ein zweifacher Leitungsweg vorgesehen, von dem der Teil 27 in eine Kammer 29 mündet,
die mit einer Zuleitung 30 für Kühlwasser in Verbindung steht, während der Teil
28 in eine Kammer 31 mündet, die mit einer Auslaßleitung 32 für die Abführung des
Kühlwassers in Verbindung steht. Die Teile 27 und 28 des genannten Leitungswegen
sind durch eine Wandung 33 gegeneinander abgeschlossen, welche jedoch bei 34 Verbindungsdurchbrüche
aufweist. Die Wandung 33 kann mit schraubenförmig verlaufenden Leisten 35 od. dgl.
versehen sein, um auf diese Weise dem Kühlwasser eine besondere Strömungsrichtung
zu erteilen.
-
Die gesamte Einrichtung ist in der Mauer des Feuerraumes gehalten,
so daß ein ringförmiger Spalt 36 für die Zuleitung weiterer Verbrennungsluft frei
bleibt.
-
Der durch den Zerstäubungsbrenner 10 zugeführte Brennstoff
wird in den Feuerraum hinein in der üblichen Weise mit Luft aus dem Rohr gemischt
eingebracht.
-
Die Verbrennungsprodukte werden vom Schwingungserzeuger mit einem
Luftstrahl beaufschlagt, der mit sehr hoher Schwingungszahl bzw. Ultraschall schwingt.
Diese Schwingungen erzeugen in der Verbrennungszone einen Schwingungszustand, durch
welchen die Verbrennung begünstigt und die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht wird,
wobei gleichzeitig eine Verkürzung der Flamme und eine Zusammenballung der in der
Flamme enthaltenen festen Teilchen eintritt. Diese festen, zusammengeballten Teilchen
fallen nach unten und werden auf diese Weise weder in den Schornstein hineingerissen
noch in die Umgebung ausgestoßen, können sich also nicht mehr in unerwünschter Weise
niederschlagen.
-
Auch bei der mit Fig. 2 bezeichneten Ausführungsform ist wiederum
das Rohr 11 des Brenners vorgesehen. Dieses Rohr dient für die Zuführung einer Mischung
von Kohlentaub und Primärluft. Auf dem Rohr 11 wird der Schwingungserzeuger mit
seinem Körper 12 gehalten, der die statische Sirene sowie die zweifache Kühlung
derselben enthält.
-
Diese Einrichtung ist nunmehr innerhalb eines zylindrischen Teiles
37 gleitbar gelagert, an welchen sich nach rückwärts hin das Gehäuse 38 für die
Zuleitung von Sekundärluft und nach vorn hin eine Hülse 39 anschließt. Die Hülse
39 ist am Teil 37 mittels Stützplatten 40 befestigt.
Diese Einheit
wird in einem geeigneten Durchbruch der Wandung 41 des Feuerraumes gehalten, so
daß ein Ringraum 42 für den Durchtritt von Sekundärluft frei bleibt. In diesem Ringraum
werden vorzugsweise Klappen 43 angeordnet, die bevorzugt auf Achsen 44 Schwenkbewegungen
ausführen können und durch irgendeine Vorrichtung, beispielsweise einen Steuerring
45, verschwenkt werden können.
-
Die Mischung aus Kohlestaub und Primärluft, welche mittels des Rohres
11 in den Feuerraum eingebracht wird, trifft mit dem aus der Auslaßöffnung
17 der statischen Sirene austretenden Schwingungsstrahl zusammen. Dieser
Strahl überträgt auf das brennbare Gemisch Schwingungen hoher Schallfrequenz bzw.
Ultraschallfrequenz, sobald die Mischung mit der Sekundärluft aus dem Ringraum 42
zusammentrifft.