CH624461A5

CH624461A5 - Burner for liquid fuels, in particular oils

Info

Publication number: CH624461A5
Application number: CH1316877A
Authority: CH
Inventors: German Munding; Gerrit Lammers
Original assignee: Messerschmitt Boelkow Blohm
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1981-07-31
Also published as: SE7711991L; DE2649670C2; ATA767877A; AT354594B; DE2649670A1; SE425931B

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, insbesondere Öle, mit einer Düse zur Emulsionszerstäubung des Brennstoffs mittels Wasser. 45 The invention relates to a burner for liquid fuels, in particular oils, with a nozzle for atomizing the fuel by means of water. 45

Bei ölbetriebenen Heizungen, insbesondere solchen, die beispielsweise bei solarbeheizten Wohnanlagen als Zusatzheizungen anzutreffen sind, besteht vielfach Bedarf an Brennern für Massendurchsätze in der Grössenordnung von 1 kg/h und darunter. 50 In the case of oil-operated heating systems, in particular those which can be found as additional heating systems in, for example, solar-heated residential complexes, there is often a need for burners for mass throughputs in the order of magnitude of 1 kg / h and below. 50

Wo derartig kleine Durchsatzleistungen gefordert sind, Where such small throughputs are required,

wird bis heute Brennern, die nach dem Verdampfungsprinzip oder dem nur für niedrigviskose Heizöle in Betracht kommenden Prinzip der Ultraschallzerstäubung arbeiten, gegenüber den bekannten Brennern eingangs genannter 5S Gattung, die nach dem Druckzerstäuberprinzip arbeiten, der Vorzug gegeben. To this day, burners that work according to the evaporation principle or the principle of ultrasonic atomization that only comes into consideration for low-viscosity heating oils are given preference over the known burners of the type mentioned at the beginning, which work according to the pressure atomizer principle.

Der Grund hierfür ist in erster Linie darin zu suchen, The reason for this is primarily to be found in

dass es an kostengünstigen Zerstäuberdüsen mangelt, die in der Lage sind, bei Massendurchsätzen der genannten Gros- 60 senordnung noch gut zu funktionieren. that there is a shortage of inexpensive atomizing nozzles that are still able to function well with mass throughputs of the aforementioned order of magnitude.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen für kleine Massendurchsätze von beispielsweise weniger als 1 kg/h hervorragend geeigneten Brenner eingangs genannter Gattung zu entwickeln, der Forderungen nach einer Regel- 65 barkeit der Durchsatzleistung in weiten Grenzen, einer Dauerbetriebsmöglichkeit, einer Verwendbarkeit von Heizölen unterschiedlicher Viskosität, einem hohen Ausbrenngrad, The invention is therefore based on the object of developing a burner of the aforementioned type which is excellently suitable for small mass throughputs of, for example, less than 1 kg / h and which demands for controllability of the throughput capacity within wide limits, continuous operation, usability of heating oils different viscosity, a high degree of burnout,

einer geringen Schadstoffemission, einem geringen Energiebedarf, einem niedrigen Geräuschpegel, einer hohen Betriebssicherheit bei geringem Wartungsaufwand und einer Anbaumöglichkeit an bereits vorhandene Heizungsanlagen gerecht zu werden vermag. a low pollutant emission, a low energy requirement, a low noise level, a high level of operational safety with low maintenance requirements and an option to add to existing heating systems.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, this object is achieved by

dass die Düse eine in Längsachsrichtung sich erstreckende und quer hierzu schwingungsfähige Zunge zum wechselweisen Öffnen und Schliessen einer zu einer Zungenseite führenden Leitung für flüssigen Brennstoff und einer zur gegenüberliegenden Zungenseite führenden Leitung für Wasser aufweist und einem im vorderen Brennkammerbereich eingebauten ringförmigen Flammenhalter zum Erzeugen einer Rezirkulation heisser Verbrennungsgase achsgleich vorgeordnet ist, wobei der Flammenhalter als Ringhalsejektor zum Ansaugen eines Gemisches aus rezirkulierenden Verbrennungsgasen und emulsionszerstäubtem Brennstoff aus der Düse in den Flammenkern mittels Verbrennungsluft aus einem Luftkanal auf der Aussenseite des Brennkammermantels ausgebüdet ist. that the nozzle has a tongue which extends in the longitudinal axis direction and which can vibrate transversely thereto, for alternately opening and closing a line leading to a tongue side for liquid fuel and a line leading to the opposite tongue side for water, and an annular flame holder installed in the front combustion chamber area for generating a hot recirculation Combustion gases is arranged upstream, the flame holder being ring neck ejector for sucking in a mixture of recirculating combustion gases and atomized fuel from the nozzle in the flame core by means of combustion air from an air duct on the outside of the combustion chamber jacket.

Die erfindungsgemäss ergriffenen Massnahmen lassen sich ohne grossen Aufwand verwirklichen. Geschieht dies, ist das Ergebnis ein für kleine Massendurchsätze der genannten Grössenordnung hervorragend geeigneter Brenner. Diese Eignung beruht auf der speziellen Ausbildung und getroffenen Zuordnung von Zerstäuberdüse und Flammenhalter. Daraus resultieren auch die Vorteile einer unaufwendigen Steuerbarkeit der Brennerleistung in weiten Grenzen, einer Dauerbetriebsmöglichkeit bei hoher Betriebssicherheit und niedrigem Wartungsaufwand, einer Verwendbarkeit von Heizölen unterschiedlicher Viskosität, eines hohen Ausbrenngrades, einer geringen Schadstoffemission, eines niedrigen Geräuschpegels, eines geringen Leistungsbedarfs und einer Anbaumöglichkeit an vorhandene Heizungsanlagen. Zur erfindungsgemässen Zerstäuberdüse, mit welcher das Problem der Aufbereitung kleinster Brennstoffmengen auf einfache Weise überwunden wird, ist erläuternd folgendes zu bemerken: Bei ihr ist von einer Druckzerstäubung des Brennstoffs und Wassers abgesehen worden. Brennstoff und Wasser werden vielmehr — wie bereits an anderer Stelle ausgeführt — mit nur geringem Überdruck der Düse zugeleitet. Diese ist es dann, die mit Hilfe des Wassers die Zerstäubungsenergie erzeugt. Letzteres versetzt beim Einströmen ins Düseninnere die darin befindliche Zunge in Schwingungen. Auf die schwingende Zunge wird von der gegenüberliegenden Seite her der Brennstoff geleitet. Hier geschieht dessen Auflösung in Tropfen, welche mit Hilfe der kinetischen Energie des Wassers die Düse verlassen. Dabei kommt es am Düsenmund zu einer intensiven Vermischung zwischen Wasser und Brennstofftropfen und stromabwärts des Düsenmundes zu einer intensiven Vermischung vorgenannter Emulsion mit dem Zentrum des Ringhalsejektors zuströmenden rezirkulierenden Verbrennungsgasen und der Verbrennungsluft. Wie bereits erwähnt, schliesst die schwingende Zunge intermittierend die Zufuhrleitungen für Wasser und Brennstoff. Auf diese Weise wird dem Bestreben Rechnung getragen, die Wassermenge möglichst klein zu halten. Aus demselben Grund empfiehlt sich auch, die in Ausgestaltung der Erfindung mit einer an der Zunge fixierten Klappe verschliess-bare Wasserleitung zungenseitig als Kapillarrohr auszubilden. Der Austrittsquerschnitt der Brennstoffleitung ist dagegen relativ gross bemessen, was die Gefahr einer Verstopfung ausschliesst. The measures taken according to the invention can be implemented without great effort. If this happens, the result is a burner that is outstandingly suitable for small mass throughputs of the order of magnitude mentioned. This suitability is based on the special training and allocation of atomizer nozzle and flame holder. This also results in the advantages of uncomplicated controllability of the burner output within wide limits, continuous operation with high operational reliability and low maintenance, usability of heating oils of different viscosities, a high degree of burnout, low pollutant emissions, a low noise level, a low power requirement and the possibility to add existing ones Heating systems. For the atomizing nozzle according to the invention, with which the problem of processing the smallest amounts of fuel is overcome in a simple manner, the following is to be mentioned in an explanatory manner: In this case, pressure atomization of the fuel and water has not been carried out. Rather, fuel and water - as already stated elsewhere - are fed to the nozzle with only a slight overpressure. It is this that generates the atomizing energy with the help of the water. The latter causes the tongue inside to vibrate as it flows into the interior of the nozzle. The fuel is directed onto the vibrating tongue from the opposite side. Here it dissolves in drops, which leave the nozzle with the help of the kinetic energy of the water. At the nozzle mouth there is an intensive mixing of water and fuel drops and downstream of the nozzle mouth there is an intensive mixing of the aforementioned emulsion with the recirculating combustion gases flowing into the center of the ring neck injector and the combustion air. As already mentioned, the vibrating tongue intermittently closes the supply lines for water and fuel. In this way, efforts are made to keep the amount of water as small as possible. For the same reason, it is also advisable to design the water line, which can be closed with a flap fixed to the tongue, on the tongue side as a capillary tube. In contrast, the outlet cross section of the fuel line is relatively large, which eliminates the risk of clogging.

Gemäss einem ausgestaltenden Erfindungsmerkmal ist die Wasserleitung auf ihrem Weg zur Zerstäuberdüse in einer Schlange um den Brennkammermantel geführt. Dadurch erfährt das Wasser eine Erwärmung auf beispielsweise 80 °C, was sich beschleunigend auf die Brennstoffaufbereitung aus According to an embodiment of the invention, the water pipe is guided in a line around the combustion chamber jacket on its way to the atomizing nozzle. As a result, the water heats up to, for example, 80 ° C, which accelerates fuel processing

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wirkt und den Weg für eine Verwendung von Heizöl hoher Viskosität öffnet. works and opens the way for the use of high viscosity heating oil.

Es steht nichts im Wege, die Wasserleitung unter Zwischenschaltung einer Rückschlagklappe und einer keine nennenswerten Kosten verursachenden kleinen Entkarboni- 5 sierungsvorrichtung ans Verbrauchernetz anzuschliessen. Auf diese Weise lässt sich die sonst zur Wasserförderung erforderliche Pumpe einsparen. Nothing stands in the way of connecting the water pipe to the consumer network with the interposition of a non-return valve and a small decarbonization device which does not cause any significant costs. In this way, the pump that is otherwise required for water delivery can be saved.

Bezüglich der Leistungsbeeinflussung erweist es sich als vorteilhaft, der Brennkammer auf der Seite der Zerstäuber- io düse ein Gebläse steuerbarer Drehzahl zum Fördern von Frischluft in den Luftkanal auf der Aussenseite des Brenin-kammermantels vorzuordnen und im erwähnten Luftkanal stromabwärts von Mantelöffnungen für eine Primärluftzufuhr zum Ringhalsejektor eine verstellbare Drosselvorrich- 15 tung für Sekundärluft zu installieren. Dadurch ist u. a. auch die Möglichkeit geboten, den Brenner sowohl mit gelber als auch mit blauer Flamme zu betreiben. With regard to the influence on performance, it proves to be advantageous to provide the combustion chamber on the side of the atomizer nozzle with a fan of controllable speed for conveying fresh air into the air channel on the outside of the Brenin chamber jacket and in the air channel mentioned downstream of jacket openings for a primary air supply to the ring neck ejector to install an adjustable throttle device for secondary air. This means u. a. also offered the option of operating the burner with a yellow as well as a blue flame.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. 20 An embodiment of the invention is explained below with reference to the schematic drawing. 20th

Die einzige Figur zeigt in Form einer Prinzipskizze einen Brenner 1 vom Typ eines Emulsionszerstäubers. Dieser weist in einem Gehäuse 2 mit einem düsenförmig erweiterten hinteren Endabschnitt 3 eine von einem Mantel 4 und einer vorderen Stirnwand 5 begrenzte Brennkammer 6 und auf der 25 Aussenseite des Brennkammermantels einen Luftkanal 7 auf. Im vorderen Bereich der Brennkammer 6 ist unter Belassung eines radialen Abstandes 8 zum Kammermantel 4 und eines axialen Abstands 9 zur Kammerstirnwand 5 ein Flammenhalter 10 zum Erzeugen einer Rezirkulation 11 heisser Ver- 30 brennungsgase konzentrisch angeordnet. Besagter Flammenhalter 10 weist eine Ausbildung als Ringhalsejektor zum Ansaugen eines Gemisches aus rezirkulierenden Verbrennungsgasen und emulsionszerstäubtem Brennstoff aus einer Zerstäuberdüse 13 in den durch Pfeile 12 gekennzeichneten 35 Flammenkern auf, wobei als Treibmittel Verbrennungsluft aus dem Luftkanal 7 auf der Aussenseite des Brennkammermantels dient. Die Verbrennungsluft nimmt dabei ihren Weg in Pfeilrichtung 14 über Öffnungen 15 im Brennkammermantel 4 zu Lufteinlässen 16 auf der Aussenseite des Ringhals-ejektors 10 und von dort in Pfeilrichtung 17 zur Ringdüse 18 auf der Innenseite des Ringhalsejektors 10, der mittels Rippen 19 am Brennkammermantel 4 fixiert ist. The only figure shows, in the form of a schematic diagram, a burner 1 of the emulsion atomizer type. In a housing 2 with a rear end section 3 widened in the shape of a nozzle, the latter has a combustion chamber 6 delimited by a jacket 4 and a front end wall 5 and an air duct 7 on the outside of the combustion chamber jacket. A flame holder 10 for generating a recirculation 11 of hot combustion gases is arranged concentrically in the front area of the combustion chamber 6, leaving a radial distance 8 to the chamber jacket 4 and an axial distance 9 to the chamber end wall 5. Said flame holder 10 is designed as a ring neck ejector for sucking in a mixture of recirculating combustion gases and emulsion atomized fuel from an atomizer nozzle 13 in the 35 flame core identified by arrows 12, combustion air from the air duct 7 on the outside of the combustion chamber jacket serving as the blowing agent. The combustion air takes its way in the direction of arrow 14 through openings 15 in the combustion chamber jacket 4 to air inlets 16 on the outside of the ring neck ejector 10 and from there in the direction of arrow 17 to the ring nozzle 18 on the inside of the ring neck ejector 10, which is fixed to the combustion chamber jacket 4 by means of ribs 19 is.

Die Zerstäuberdüse 13 ist dem Ringhalsejektor 10 achsgleich vorgeordnet. Sie weist eine in Längsrichtung sich erstreckende und quer hierzu schwingungsfähige Zunge 20 zum wechselweisen Öffnen und Schliessen einer zu einer Zungenseite 21 führenden Leitung 23 für flüssigen Brennstoff geringen Druckes und einer zur gegenüberliegenden Zungenseite 22 führenden Leitung 24 für Wasser geringen Druckes auf. Die Wasserleitung 24 ist zur Erwärmimg des Wassers auf ihrem Weg zur Düse 13 in einer Schlange 25 um den Brennkammermantel 4 geführt. Zungenseitig weist sie stromabwärts einer Drossel 26 eine Ausbildung als Kapillarrohr 27 auf. Zum intermittierenden Verschliessen desselben durch die schwingende Zunge 20 ist an letzterer eine Klappe 28 fixiert. The atomizer nozzle 13 is arranged upstream of the ring neck ejector 10. It has a tongue 20, which extends in the longitudinal direction and is capable of oscillating transversely thereto, for alternately opening and closing a line 23 leading to a tongue side 21 for low-pressure liquid fuel and a line 24 leading to the opposite tongue side 22 for low-pressure water. The water line 24 is guided to heat the water on its way to the nozzle 13 in a queue 25 around the combustion chamber jacket 4. On the tongue side, downstream of a throttle 26, it is designed as a capillary tube 27. A flap 28 is fixed to the latter for intermittent closing thereof by the vibrating tongue 20.

Für die Versorgung des Luftkanals 7 auf der Aussenseite des Brennkammermantels 4 mit Frischluft ist ein Radialgebläse 29 steuerbarer Drehzahl verantwortlich, das über eine Welle 30 mit einem Elektromotor 31 in Antriebs Verbindung steht. Auf derselben Welle sitzt auch eine aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Brennstoffpumpe. Brennstoffpumpe, Radialgebläse 29 und Motor 31 sind dabei ebenso wie die Brennkammer 6 im Gehäuse 2 untergebracht, und zwar auf der der Brennkammer 6 abgewandten Seite der Zerstäuberdüse 13. Zum Luftkanal 7 ist schliesslich noch zu bemerken, dass er stromabwärts der Mantelöffnungen 15 für die Primärluftzufuhr zum Ringhalsejektor 10 eine verstellbare Drosseleinrichtung 32 für Sekundärluft und in Höhe des Brennkammeraustritts Drallschaufeln 33 aufweist. Letztere sind am Gehäuse 2 fixiert und sorgen dafür, dass der Sekundärluftstrom einen Weg in Pfeilrichtung 34 nimmt. A radial fan 29 of controllable rotational speed is responsible for supplying the air duct 7 on the outside of the combustion chamber shell 4 with fresh air, which is connected to an electric motor 31 in drive via a shaft 30. A fuel pump, not shown for reasons of clarity, also sits on the same shaft. The fuel pump, radial fan 29 and motor 31, like the combustion chamber 6, are accommodated in the housing 2, on the side of the atomizer nozzle 13 facing away from the combustion chamber 6 has an adjustable throttle device 32 for secondary air and swirl blades 33 at the level of the combustion chamber outlet to the ring neck ejector 10. The latter are fixed to the housing 2 and ensure that the secondary air flow takes a path in the direction of the arrow 34.

Die Zündung erfolgt mittels einer elektrischen Hochspannungsfunkenstrecke. Die dazu erforderlichen Zündelektroden sind mit 35 und 36 bezeichnet. The ignition takes place by means of an electrical high-voltage spark gap. The ignition electrodes required for this are designated 35 and 36.

M M

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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2nd

PATENT CLAIMS

1. Burner for liquid fuels, in particular oils, with a nozzle for atomizing the fuel by means of water, characterized in that the nozzle (13)

has a tongue (20), which extends in the longitudinal direction and transversely to it, for alternately opening and closing a line (23) for liquid fuel leading to a tongue side (21) and a line (24) for water leading to the opposite tongue side (22) and an annular flame holder (10) installed in the front combustion chamber area for producing a recirculation (11) of hot combustion gases is arranged upstream, the flame holder serving as a ring neck ejector (10) for drawing in a mixture of recirculating combustion gases and emulsion atomized fuel from the Nozzle (13) is formed in the flame core (12) by means of combustion air from an air duct (7) on the outside of the combustion chamber jacket (4).

2. Burner according to claim 1, characterized in

that a flap (28) for closing the latter is attached to the tongue (20) on the side (22) of the water line 20 (24).

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the water line (24) in the tongue-side end region is designed as a capillary tube (27). 25th

4. Burner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the water line (24) on its way to the nozzle (13) in a queue (25) around the combustion chamber jacket (4).

5. Burner according to claim 1, characterized by a 30 of the combustion chamber (6) upstream fan (29) controllable speed for conveying fresh air into the air duct (7) on the outside of the combustion chamber jacket (4).

6. Burner according to claim 1 or 5, characterized in that an adjustable throttle device (32) for secondary ventilation is arranged in the air duct (7) on the outside of the combustion chamber jacket (4) downstream of jacket openings (15) for primary air supply to the ring neck ejector (10) is.

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