DE2828826C2

DE2828826C2 -

Info

Publication number: DE2828826C2
Application number: DE2828826A
Authority: DE
Inventors: Sumio Yokohama Kanagawa Jp Sakurai; Takashi Tokio/Tokyo Jp Hirano
Original assignee: Nippon Sanso Corp
Current assignee: Nippon Sanso Corp
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1988-07-28
Also published as: FR2396242A1; JPS5413020A; US4216908A; DE2828826A1; FR2396242B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssigen Brenn stoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Brenner der gattungsgemäßen Art ist aus der JP-OS 48-5 037 bekannt. Bei diesem Brenner wird der flüssige Brennstoff axial in die Verbrennungskammer ausgestoßen, während das gasförmige Oxidationsmittel nahe dem Mantel am äußeren Um fang der Verbrennungskammer ausgestoßen wird, und dadurch wird der flüssige Brennstoff mit dem gasförmigen Oxidations mittel an einer Stelle nahe der inneren Umfangswandung der Ver brennungskammer gemischt, um dann verbrannt zu werden. Dieser Brenner weist verschiedene Nachteile und Unzulänglichkeiten auf. Da die Zerstäubungsdüse für den flüssigen Brennstoff und die Ringdüse für das gasförmige Oxidationsmittel rela tiv weit voneinander entfernt angeordnet sind, hat das eine unvollkommene Mischung zur Folge, so daß dadurch ein Teil des flüssigen Brennstoffs, der in feine zerstäubte Partikel umgewandelt wird, nicht verbrannt wird und mit der inneren Umfangswandung der Verbrennungskammer in Berührung kommen kann, wo sich die Teilchen dann wieder vereinigen und so zu groben Partikeln anwachsen, welche sich an der Umfangs wandung in Form von unverbranntem Kohlenstoff ablagern. Fer ner wird, da die alleinige Druckzerstäubung des Brennstoffs unvollkommen ist, dieser nicht vollständig mit dem gasförmi gen Oxidationsmittel gemischt, was eine unvollkommene Ver brennung zur Folge hat, so daß Rußbildung auftritt. Ferner kann es zu einem Niederschlag von Kohlenstoff an und um die Zerstäubungsdüse herum kommen, was dann wiederum ein Ver stopfen der Zerstäubungsdüse zur Folge hat.

Weiter ist aus der US-PS 15 36 046 ein Brenner bekannt, bei dem zwar eine Zerstäubungsdüse für flüssigen Brennstoff am vorderen Endteil einer Zuführungsleitung für diesen Brenn stoff vorgesehen und die Zuführungsleitung im vorderen Teil von drei konzentrischen Hülsen umgeben ist, die drei im Quer schnitt ringförmige und konzentrische Luftzuführungskanäle bilden, welche nacheinander derart in den Austrittsbereich der Zerstäubungsdüse münden, daß sie jeweils eine nach die sem Austrittsbereich zu konvergierende Luftströmung erzeu gen, wobei die Luft durch schraubenlinien- bzw. spiralför mige Strömungswege geführt wird, bevor sie den Zerstäubungs kegel noch innerhalb der Hülsen erreicht. Die Luft wird in drei Schichten zu dem entladenen flüssigen Brennstoff zuge führt, um sich mit demselben zu mischen und ihn zu zerstäu ben. Die Luftwirbelströme in benachbarten Schichten dieser erwähnten drei Schichten haben eine unterschiedliche Wirbel richtung, wodurch zwar die Zerstäubung des Brennstoffs ge fördert wird, wodurch aber gleichzeitig die Flamme kurz ge macht wird. Wenn zur Verbesserung der Verbrennung Sauerstoff gas anstelle von Luft verwendet würde, dann würde die Ver brennung des Brennstoffs in den Öffnungen der Hülsen statt finden, in denen der Sauerstoff in den Zerstäubungskegel eintritt, und als Ergebnis hiervon würde es zur Überhitzung im vordersten Teil des Brenners innerhalb der Hülsen kommen, so daß der Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels und die Verbrennungstemperatur relativ begrenzt sind. Zudem hat der Brenner nach der US-PS 15 36 046 einen verhältnismäßig kom plizierten Aufbau.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der gattungsge mäßen Art so auszubilden, daß am Brenner durch verbesserte Vermischung von Brennstoff und gasförmigem Oxidationsmittel ein Niederschlag von Kohlenstoff im Bereich der Zerstäubungs düse bei einfachem Aufbau vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Pa tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Brenner wird eine weitgehend voll ständige Verbrennung bewirkt und verhindert, daß sich im Laufe der Verbrennung in der Verbrennungskammer unverbrann ter Kohlenstoff an oder nahe bei der Zerstäubungsdüse für den flüssigen Brennstoff niederschlägt.

Das gasförmige Oxidationsmittel kann Luft, Sauerstoff oder sauerstoffreiche Luft sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch ange geben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 9 der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenschnittansicht durch einen Brenner, dessen vorderer Teil wiedergegeben ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Brenner der Fig. 1;

Fig. 3 bis 8 Ausführungsformen von Bestandteilen des Bren ners zur Ausbildung von Zuführungskanälen zur Zuführung von gasförmigem Oxidationsmittel, wobei

Fig. 3 eine halbe Seitenschnittansicht einer Aus führungsform ist;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 3 ist;

Fig. 5 eine halbe Schnittansicht einer weiteren Aus führungsform ist;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die in Fig. 5 wiederge gebene Ausführungsform ist;

Fig. 7 eine halbe Schnittansicht einer weiteren Aus führungsform ist;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die in Fig. 7 wiederge gebene Ausführungsform ist; und

Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs form eines Brenners.

In Fig. 1 und 2 ist eine rohrförmige Zuführungsleitung 1 zur Zuführung von flüssigem Brennstoff 1 in der Mitte eines Brenners vorgesehen; das vordere Ende der Zuführungsleitung 1 ist als kegelstumpfförmig zulaufender Endteil 2 mit einer in der Mitte an der vorderen Ebene vorgesehenen Zerstäubungs düse 3 zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs ausgebildet. Ein Verwirbler 4 zum Verwirbeln des flüssigen Brennstoffs ist im Inneren des kegelstumpfförmigen vorderen Endteils 2 der Zuführungsleitung 1 untergebracht, so daß der Brenn stoff wirbelförmig zerstäubt wird, und zwar wird er in ei ner konischen Form mit einem vorbestimmten Winkel zerstäubt. Der Verwirbler 4 ist mit Rillen versehen.

Die Richtung des sich kreisförmig bewegenden, flüssigen Brenn stoffs kann in einigen Fällen dieselbe sein wie die des gas förmigen Oxidationsmittels, wie nachstehend noch beschrieben wird, während sie in anderen Fällen umgekehrt zu der kreis förmigen Umlaufrichtung des gasförmigen Oxidationsmittels verlaufen kann. Die Umlaufrichtung des Brennstoffs wird durch die Sorte des flüssigen Brennstoffs festgelegt.

Die Zuführungsleitung 1 ist am Außenumfang mit einer Hülse 5 versehen, welche Zuführungskanäle 7 zur Zuführung des gas förmigen Oxidationsmittels bildet, indem als Zuführungska näle 7 eine Anzahl schraubenlinienförmiger Rillen an dem Teil der Hülse 5 ausgebildet sind, welcher an einem gekühl ten Mantel 6 anliegt, der entlang dem Außenumfang der Hülse 5 vorgesehen ist. Die Zuführungskanäle 7 münden in eine Ver brennungskammer 12, die sowohl an die vordere Stirnfläche 8 der Hülse 5 als auch an den wasser- oder luftgekühlten Mantel 6 angrenzt. Die Zuführungskanäle 7 sind im Inneren des vorderen Endes der Hülse 5 verzweigt, so daß, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Anzahl Strömungswege 9 zur Zuführung des gasförmigen Oxidationsmittels von den Zuführungskanälen 7 abzweigen, und zwar so, daß sie senkrecht zu der Achse der Hülse 5 in Tangentialrichtung bezüglich der Zuführungs leitung 1 angeordnet sind, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Diese abgezweigten Strömungswege 9 zur Zuführung von gas förmigem Oxidationsmittel münden in einen Zwischenraum 10, der zwischen dem kegelstumpfförmigen Endteil 2 der Zuführungs leitung 1 und der Hülse 5 ausgebildet ist. Der Zwischenraum 10 hat eine ringförmige, kegelstumpfförmig zulaufende Form, über welche das über die Strömungswege 9 abgezweigte gas förmige Oxidationsmittel zugeführt wird. Folglich wird gas förmiges Oxidationsmittel, das bei g an der linken Seite der Fig. 1 zugeführt wird, und das über die verzweigten Strömungswege 9 strömt und beschleunigt wird, um das kegel stumpfförmige Endteil 2 der Zuführungsleitung 1 herum ver wirbelt, strömt durch den ringförmigen, konisch zulaufenden Zwischenraum 10 und wird in Form eines zu der Mittelachse hin konvergierenden Strahls aus der Öffnung 11 des Zwischen raums 10 heraus ausgestoßen, die an der vorderen Stirnfläche 8 der Hülse 5 mündet. Das auf diese Weise ausgestoßene, gas förmige Oxidationsmittel wird so mit dem flüssigen Brenn stoff unter weiterer Zerstäubung desselben vermischt, der über die Zerstäubungsdüse 3 ausgestoßen wird, und in der Verbrennungskammer 12 verbrannt.

Da auf diese Weise das so ausgestoßene, gasförmige Oxida tionsmittel konvergierend um die Mittelachse der Zuführungs leitung 1 herum strömt, wie oben ausgeführt, wird es an der Austrittsstelle in ausreichender Weise mit dem zerstäubten, flüssigen Brennstoff vermischt, so daß infolgedessen der flüssige Brennstoff noch vollständiger zerstäubt wird. Da überdies das gasförmige Oxidationsmittel so zugeführt wird, daß es mit dem flüssigen Brennstoff in dem Bereich nahe der Zerstäubungsdüse 3 vollständig vermischt wird, kommt es nie zu Störungen, wie beispielsweise einer unvollständigen Ver brennung oder einer Verkokung des flüssigen Brennstoffs mit dem Verstopfen der Zerstäubungsdüse 3. Andererseits wird das gasförmige Oxidationsmittel, das ohne Verzweigung über die Zuführungskanäle 7 zugeführt wird, so verteilt, daß reich lich Sauerstoff um die Verbrennungsflammen herum zugeführt wird, in welchen der zerstäubte flüssige Brennstoff verbrannt wird, der mit dem abgezweigten gasförmigen Oxidationsmittel gemischt ist, so daß dadurch eine vollständige Verbrennung erhalten wird. Das gasförmige Oxidationsmittel wird also in zwei Richtungen derart verzweigt, daß ein mit g ₁ bezeich neter Teil des gasförmigen Oxidationsmittels in einer Rich tung konvergierend um die Mittelachse der Zuführungsleitung 1 herum zugeführt wird, während der andere mit dem Buchstaben g ₂ bezeichnete Teil des gasförmigen Oxida tionsmittels in einer anderen Richtung zugeführt wird.

Die Zuführungskanäle 7 zur Zuführung des gasförmigen Oxi dationsmittels können gemäß einer Ausführungsform als schrau benlinienförmige Rillen in der Hülse 5 an deren äußeren Um fangsfläche ausgebildet sein, wie oben bereits ausgeführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Zuführungs kanäle 7 als eine Anzahl linearer Rillen in der Hülse 5 an der äußeren Umfangsfläche derselben ausgebildet, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungs form sind die Zuführungskanäle 7 als eine Anzahl linearer durchgehender Löcher kreisförmig um die Mittelachse der Hülse 5 herum vorgesehen, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt ist. Ferner können die Zuführungskanäle 7 als eine Anzahl schraubenli nienförmiger, durchgehender Löcher kreisförmig um die Mittel achse der Hülse genau in derselben Weise wie die linearen Löcher vorgesehen sein.

Die durchgehenden Löcher oder Rillen sollten am äußersten Ende so angeordnet sein, daß die Flammen in Abhängigkeit von der Art des flüssigen Brennstoffs und der Art des gas förmigen Oxidationsmittels in der Form unterschiedlich aus gebildet werden können.

Ferner sollte die Zufuhrmenge und die Strahlgeschwindigkeit des gasförmigen Oxidationsmittels, das über die abgezweigten Strömungswege 9 an der Öffnung 11 in konisch verlaufende Strömungsbahnen verzweigt wird, entsprechend den Eigenschaf ten der Flamme, wie beispielsweise einer oxidierenden, neu tralen oder reduzierenden Flamme in Abhängigkeit von der Art des Brennstoffes eingestellt werden. Hierfür kann der Zwischenraums 10 zum Zuführen des gasförmigen Oxidations mittels entsprechend eingestellt werden.

In Fig. 9 ist eine Darstellung eines Brenners mit dem vor erwähnten Aufbau wiedergegeben. Die Zuführungsleitung 1 zur Zuführung des flüssigen Brennstoffs und die Hülse 5, in wel cher Zuführungskanäle 7 zur Zuführung des gasförmigen Oxida tionsmittels ausgebildet sind, werden in ihrer gegenseitigen Lage zueinander mittels Gewinde 13 entsprechend eingestellt und mittels einer Hutmutter 14 festgelegt. Ein Strömen des Oxidationsmittels von dem Zwischenraum 10 aus entlang dem Gewinde 13 nach rückwärts wird mit Hilfe einer Dichtung 15 und mit Hilfe eines O-Rings 16 verhindert.

Der Teil des gasförmigen Oxidationsmittels, der nicht über die Strömungswege 9 abgezweigt wird, strömt weiter durch die Zuführungskanäle 7, welche an Stellen münden, die etwas weiter weg von der Zerstäubungsdüse 3 angeordnet sind, so daß dadurch Sauerstoff den Flammen von außen zugeführt wird, um dadurch die vorher gebildete Mischung aus flüssigem Brenn stoff und Oxidationsmittel vollständig zu verbrennen. Auf grund des vorstehend beschriebenen Aufbaus des Brenners kann flüssiger Brennstoff über eine lange Zeitdauer ständig voll kommen verbrannt werden, ohne daß die Zufuhrmenge an gasför migem Oxidationsmittel sehr hoch ist und ohne daß es zu einer Ablagerung von unverbranntem Kohlenstoff kommt.

Ferner kann ein Einstellmechanismus vorgesehen sein, um den Durchsatz sowie die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Oxidationsmittels einstellen zu können.

Claims

1. Brenner für flüssigen Brennstoff
mit einer Zuführungsleitung (1) für den Brennstoff, die an ihrem vorderen Endteil eine Zerstäubungsdüse (3) hat,
mit einer Hülse (5) mit Zuführungskanälen (7) für gasförmiges Oxidationsmittel, welche am Außenumfang der Zuführungsleitung (1) für den Brennstoff angeordnet ist,
mit einem wasser- oder luftgekühlten Mantel (6), der am Au ßenumfang der Hülse (5) vorgesehen ist, und
mit einer Verbrennungskammer (12), die an die innere Umfangs oberfläche am vorderen Ende des Mantels (6) und die Stirnflä che (8) der Hülse (5) angrenzt,
wobei der Brennstoff von der Zerstäubungsdüse (3) und Oxida tionsmittel durch die Zuführungskanäle (7) gesondert in die Verbrennungskammer (12) eingeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil des Oxidationsmittels von den Zuführungskanälen (7) über Strömungswege (9) abgezweigt wird, die in Tangen tialrichtung bezüglich der Zuführungsleitung (1) für den Brennstoff angeordnet sind und in einen das vordere Endteil (2) der Zuführungsleitung (1) für den Brennstoff umgebenden, stromab konisch zulaufenden Zwischenraum (10) münden, der über eine zur Zerstäubungsdüse (3) koaxiale Öffnung (11) in die Verbrennungskammer (12) führt, und
daß die Zuführungsleitung (1) für den Brennstoff verschieb bar oder drehbar bezüglich der Hülse (5) ausgebildet ist, so daß der Zwischenraum (10) eine einstellbare Weite hat.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zuführungskanäle (7) für das Oxidationsmittel als schraubenlinienförmige Rillen am Außen umfang der Hülse (5) ausgebildet sind.