Verfahren zur Regelung -von Brennern für flüssiMe Brennstoffe und Einrichtung an Brennern für flüssige Brennstoffe zur Ausführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Regelung von Brennern für flüs sige Brennstoffe und auf eine Einrichtung an Brennern für flüssige Brennstoffe zur Ausführung des Verfahrens.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeich net, dass die Luftmenge durch Veränderung des Querschnittes der Luftdüsenmündung unter Beibehaltung der Luftgeschwindigkeit verändert wird, und der unter erhöhtem Druck zugeführte Brennstoff mittelst einer Zerstäuberdüse zerstäubt und seine Menge durch Änderung des Zuführungsdruckes ver ändert wird.
Die Einrichtung nach der Er findung ist gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung, mittelst der der Querschnitt der Luftdüsenmündung unter Beibehaltung der Luftgeschwindigkeit verändert wird, und durch eine zweite Vorrichtung, mittelst .der der Brennstoff auf einen erhöhten Druck ge presst, in einer Zerstäuberdüse zerstäubt, und seine Menae durch Ändern des Zuführungs druckes verändert wird.
Beim Betrieb von Brennern für flüssige Brennstoffe ergibt sich daraus eine Schwie rigkeit, dass bei verminderter Leistung, dann, wenn der Brennstoff und die Luft in ver kleinerter Menge in .den Brennraum einzufüh ren sind, zufolge der verminderten Geschwin digkeit die Zerstäubung des Brennstoffes schlecht wird. Der Brennstoff wird dann in Form von grossen Tropfen durch den Brenn- raum bis zu den Raumwänden geschleudert und gelangt nicht mehr zur Zündung. Daraus ergibt sich die nachteilige Folge"dass bei Ver minderung der Leistung die Gefahr des Aus löschens der Flamme besteht.
Anlagen mit bekannten Brennern für flüssige Brennstoffe waren darum nur innerhalb eines kleinen Gebietes regelbar.
Wenn jedoch die Luftmenge durch Ver änderung des Querschnittes der Luftdüsen mündung unter Beibehaltung der Luftge schwindigkeit verändert wird und der unter erhöhtem Druck zugeführte Brennstoff mit- telst einer Zerstäuberdüse zerstäubt und seine Menge durch Änderung des Zuführungsdruk- kes verändert wird, wird der neue Effekt er zielt, dass Brenner für flüssige Brennstoffe innerhalb beliebiger Grenzen, beispielsweise im Bereich 5 :1 regelbar sind.
Die Nach- teile der bekannten Brenner sind damit ver mieden, weil .die Luft und das Brennöl un abhängig voneinander in den Brennraum eingeführt und ihre Bewegungsrichtung be stimmt wird. Der Brennstoff wird dann un abhängig von der Luftführung durch seinen eigenen Druck zerstäubt.
Der Erfindungsgegenstand ist im folgen den anhand eines in der Zeichnung verein- faeht dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den Brenner im Längs schnitt; in Fig. 2 ist eine Einzelheit des Brenners nach der Fig. 1 dargestellt.
Der Brennstoff wird dem Brenner durch die Leitung. 1 zugeführt und unter seinem eigenen Druck mittelst der Zerstäubungs- düse 5 durch die Brennermündung 10 in fein zerstäubtem Zustand in den Brennerraum 3 eingespritzt. Die Verbrennungsluft strömt durch den Ringkanal 2 dem Brenner zu und wird unabhängig vom Brennstoff durch den Kanal 9 und die Brennermündung 10 in den Brennerraum 3 eingeblasen.
Im Kanal 9 sind die Flügel 11 um den Zapfen 14 verdrehbar angeordnet, so dass der Luft neben der achsial gerichteten Strö mungsbewegung noch zusätzlich eine Rota tionsbewegung erteilt werden kann. Zur Ver stellung der Flügel 11 ist ein Ring 12 vor gesehen, in welchem die Zapfen 13 befestigt sind, die ihrerseits in Bohrungen der Flügel 11 eingreifen. Bei Verdrehung des Ringes 12 um seine Achse werden die Zapfen 13 in Schlitzen der Wandung des Brenners ge führt, wobei auch die Flügel 1.1 um tdie Zapfen 14 gedreht werden.
Je mach dar Grösse der Rotationsbewegung kann der Öffnungswinkel des Kegels, innerhalb dessen die Luft in den Brennraum 3 eingeblasen wird, grösser oder kleiner gehalten werden. Der Ring 12 kann selbsttätig durch einen nicht gezeichneten Regler oder von Hand verstellt werden.
Der Körper 15 kann mit Hilfe der Hebel 16 in achsialer Richtung verschoben werden, so dass, wie durch die strichpunktiert in der Zeichnung gezeichnete Lage angedeutet, der Durehflussquerschnitt der Luftdüse vom Wert F auf den Wert f vermindert wird. Es wird dadurch wohl die Menge der in den Brennraum eingeführten Verbrennungsluft. verändert, nicht aber die Luftgeschwindig keit, weil der Druck der Luft vor der Dü senmündung keine Drosselung erfährt. Im Brennraum 3 wird damit die Strömungsrich tung der eingeblasenen Luft nicht wesentlich geändert.
Der Brennstoff strömt mit erhöhtem Druck durch den Düsenhalter 4 zur Zerstäu- berdüse 5 (Fig. 2), in deren Wirbelkammer 6 zufolge der tangentialen Einführung durch die Bohrung 7 eine rasche Wirbelung er folgt. Durch die Umsetzung .der Druckener gie in Bewegungsenergie wird der Brenn stoff alsdann unter Ausnützung der Wir belwirkung in fein zerstäubtem Zustand als Nebel in den Brennraum .3 einge spritzt.
Die Düse ist so bemessen und .der Druck des Brennstoffes so gewählt, dass bei der kleinsten Brennstoffmenge eine gute Zerstäubung noch möglich ist. Die notwen dige Vergrösserung der Brennstoffmenge bei Steigerung der Brennerleistung wird dann durch entsprechende Erhöhung des Zufüh rungsdruckes erreicht, wobei die durch die Düse ausströmende Brennstoffmenge nach Massgabe der Drucksteigerung vergrössert wird. Im Betrieb haben sich Drücke von ungefähr 10 at (für eine einwandfreie Zer- stäubung bei kleinen Brennstoffmengen) als genügend erwiesen.
Zur Steigerung der Brennstoffmenge kann,der Druck auf 50, auf 100 at oder noch höher gesteigert werden. Zur Veränderung der Leistung wird vorteil- hafterweise der Druck .des Brennstoffes in einem Gebiet zwischen 5 at und 200 at ver ändert.
Eine besonders feine Einstellung der Flamme wird weiter dadurch noch erzielt, dass der Düsenhalter 4 im Körper 15 längs verschiebbar angeordnet ist, so dass die Durchdringung des Luftkegels und des Brennstoffkegels den besonderen Verhältnis sen angepasst werden kann. Um während des Betriebes ein Klemmen zu verhindern, wird dem Körper 15 durch die Leitung 17 ein Kühlmittel zugeführt, welches durch die Leitung 18 wieder abgeführt wird.
Gegebenenfalls können die Verstellung des Ringes 12 und die Verschiebung des Körpers 15 in eine bestimmte Abhängigkeit voneinander gebracht werden, um .durch eine geeignete Anpassung der Drallwirkung und der Verengung des Luftstromes die \Aus breitung der Verbrennungsluft in der Brenn- kammer 3 den Verbrennungsverhältnissen entsprechend einzustellen.
Es empfiehlt sich, bei kleinerer Leistung, das heisst dann, wenn der Brennstoff mit geringem Druck in den Verbrennungsraum eingeführt wird, und der Brennstoffstrahl deshalb entsprechend ge kürzt wird, der Luft eine grössere Drallwir- kung zu erteilen als bei höherer Belastung und grösserem Brennstoffdruck. Je grösser die Drallwirkung der Luftströmung ist, desto kürzer wird das Gebiet, in welches die Ver brennungsluft eindringt, so -dass eine umso bessere Vermischung mit dem kurzen Brenn stoffstrahl erreicht wird.
Dadurch, dass der Brennstoff unabhängig von der Luft durch seinen eigenen Druck zerstäubt in den von der Luft gebildeten Strömungskegel eingespritzt wird, kann auch bei kleinen Mengen, .das heisst bei verminder ter Belastung .des Brenners noch eine ein wandfreie Zerstäubung und Vermischung er zielt werden, so dass ein Auslöschen der Flamme vermieden ist.
Solche zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet eingerichtete Brenner können auf allen möglichen Gebieten angewendet werden, beispielsweise zur Be- heizung von Dampf- oder Heizkesseln; sie können auch zur Beheizung von irgendwel chen andern industriellen Öfen, beispielsweise bei der Metallherstellung oder in Anlagen für die chemische Industrie oder bei Ver- brennungsöfen, verwendet werden. Insbeson dere eignen sie sich für Dampferzeuger, bei denen die Verbrennung unter einem höheren Druck als dem atmosphärischen Druck er folgt.
Die beider Verbrennung entstehenden Rauchgase können auch, beispielsweise, nach dem sie zur Beheizung ausgenutzt worden sind, in Gasturbinen noch entspannt wer den.
Als Brennstoff kann jeder flüssige Brenn stoff in Frage kommen, beispielsweise Mine ralöle, vegetabile Öle, Teere usw. Es können auch Brennstoffe verwendet werden, welche bei normaler Temperatur fest sind und nur bei Temperaturerhöhung verflüssigt werden.
Die besondere Ausbildung der Organe für die Luftzuführung und für die Brennstoffzu führung kann je nach den besonderen Be triebsverhältnissen auch anders gehalten sein, insbesondere die Brennstoffdüsen zur Zer- stäubung des Brennstoffes können auch an ders ausgebildet sein, beispielsweise so wie .die Einspritzdüsen von Brennkraftmasthinen. Durch geeignete Formgebung der Düsen für den Brennstoff, und insbesondere für die Luft kann ausserdem noch die Einströmungsrich- tung in den Brennraum während Leistungs veränderungen so geändert werden,
dass bei jeder Teilleistung eine feine und gleich dichte Vermischung des Brennstoffes mit der Ver brennungsluft entsteht.
Process for the regulation of burners for liquid fuels and device on burners for liquid fuels for the execution of the process. The invention relates to a process for controlling burners for liquid fuels and to a device on burners for liquid fuels for performing the method.
The method according to the invention is characterized in that the amount of air is changed by changing the cross section of the air nozzle opening while maintaining the air speed, and the fuel supplied under increased pressure is atomized by means of an atomizer nozzle and its amount is changed by changing the supply pressure.
The device according to the invention is characterized by a first device by means of which the cross section of the air nozzle opening is changed while maintaining the air speed, and by a second device by means of which the fuel is pressed to an increased pressure, atomized in an atomizer nozzle, and its menus can be changed by changing the feed pressure.
When operating burners for liquid fuels, this results in a difficulty that with reduced performance, when the fuel and air are to be introduced into the combustion chamber in reduced quantities, the atomization of the fuel becomes poor due to the reduced speed . The fuel is then thrown in the form of large droplets through the combustion chamber up to the walls of the room and can no longer be ignited. This has the disadvantageous consequence "that if the performance is reduced, there is a risk of the flame going out.
Systems with known burners for liquid fuels were therefore only controllable within a small area.
However, if the amount of air is changed by changing the cross-section of the air nozzle opening while maintaining the air speed and the fuel supplied under increased pressure is atomized by means of an atomizer nozzle and its amount is changed by changing the supply pressure, the new effect is achieved that burners for liquid fuels can be regulated within any limits, for example in the range 5: 1.
The disadvantages of the known burners are thus avoided because the air and the fuel oil are introduced into the combustion chamber independently of one another and their direction of movement is determined. The fuel is then atomized by its own pressure regardless of the air flow.
The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in simplified form in the drawing.
Fig. 1 shows the burner in longitudinal section; In Fig. 2 a detail of the burner according to Fig. 1 is shown.
The fuel is fed to the burner through the pipe. 1 and injected under its own pressure by means of the atomizing nozzle 5 through the burner mouth 10 in a finely atomized state into the burner space 3. The combustion air flows through the annular duct 2 to the burner and is blown into the burner chamber 3 through the duct 9 and the burner mouth 10 independently of the fuel.
In the channel 9, the wings 11 are arranged to be rotatable about the pin 14, so that the air can also be given a rotational movement in addition to the axially directed flow movement. For the United setting of the wing 11, a ring 12 is seen in front of which the pins 13 are attached, which in turn engage in holes in the wing 11. When the ring 12 is rotated about its axis, the pins 13 are guided in slots in the wall of the burner, with the wings 1.1 being rotated about the pins 14.
Depending on the size of the rotational movement, the opening angle of the cone, within which the air is blown into the combustion chamber 3, can be kept larger or smaller. The ring 12 can be adjusted automatically by a regulator (not shown) or by hand.
The body 15 can be moved in the axial direction with the aid of the lever 16, so that, as indicated by the position shown in dash-dotted lines in the drawing, the flow cross section of the air nozzle is reduced from the value F to the value f. It will probably be the amount of combustion air introduced into the combustion chamber. changed, but not the Luftgeschwindig speed because the pressure of the air in front of the nozzle mouth is not throttled. In the combustion chamber 3, the flow direction of the injected air is not significantly changed.
The fuel flows at increased pressure through the nozzle holder 4 to the atomizer nozzle 5 (FIG. 2), in the vortex chamber 6 of which, due to the tangential introduction through the bore 7, a rapid vortex occurs. By converting the pressure energy into kinetic energy, the fuel is then injected into the combustion chamber .3 in a finely atomized state using the vortex effect.
The nozzle is dimensioned and the fuel pressure selected so that good atomization is still possible with the smallest amount of fuel. The necessary increase in the amount of fuel when the burner output is increased is then achieved by correspondingly increasing the feed pressure, the amount of fuel flowing out through the nozzle being increased in accordance with the increase in pressure. In operation, pressures of around 10 at (for proper atomization with small amounts of fuel) have proven to be sufficient.
To increase the amount of fuel, the pressure can be increased to 50, to 100 at or even higher. To change the power, the pressure of the fuel is advantageously changed in a range between 5 at and 200 at.
A particularly fine adjustment of the flame is further achieved in that the nozzle holder 4 is arranged in the body 15 so that it can be moved longitudinally, so that the penetration of the air cone and the fuel cone can be adapted to the particular ratio. In order to prevent jamming during operation, a coolant is fed to the body 15 through the line 17, which coolant is discharged again through the line 18.
If necessary, the adjustment of the ring 12 and the displacement of the body 15 can be brought into a certain interdependence in order to adjust the spread of the combustion air in the combustion chamber 3 according to the combustion conditions by suitable adaptation of the swirl effect and the narrowing of the air flow .
It is advisable to give the air a greater swirl effect when the power is lower, that is, when the fuel is introduced into the combustion chamber at low pressure and the fuel jet is shortened accordingly than when the load is higher and the fuel pressure is higher. The greater the swirl effect of the air flow, the shorter the area into which the combustion air penetrates, so that the better mixing with the short fuel jet is achieved.
Because the fuel is atomized by its own pressure and injected into the flow cone formed by the air independently of the air, perfect atomization and mixing can still be achieved even with small quantities, i.e. with less load on the burner so that the flame is not extinguished.
Such burners which are suitably set up to carry out the method according to the invention can be used in all possible fields, for example for heating steam or boilers; they can also be used to heat any other industrial furnaces, for example in metal production or in plants for the chemical industry or in incinerators. In particular, they are suitable for steam generators in which combustion takes place at a pressure higher than atmospheric pressure.
The flue gases resulting from the combustion can also, for example, after they have been used for heating, still relaxed in gas turbines who the.
Any liquid fuel can be used as fuel, for example mineral oils, vegetable oils, tars, etc. It is also possible to use fuels which are solid at normal temperature and are only liquefied when the temperature increases.
The special design of the organs for the air supply and for the fuel supply can also be designed differently depending on the particular operating conditions; in particular the fuel nozzles for atomizing the fuel can also be designed differently, for example like the injection nozzles of internal combustion engines. By suitably shaping the nozzles for the fuel, and in particular for the air, the direction of flow into the combustion chamber can also be changed during changes in output.
that a fine and equally dense mixture of the fuel with the combustion air occurs with each partial output