CH650067A5

CH650067A5 - Oil-atomising burner

Info

Publication number: CH650067A5
Application number: CH634080A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Dr Scharf; Albin Dr Kehl
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1985-06-28
Also published as: FR2465158A3; FR2465158B3; SE8006403L; DE2936970A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Ölzerstäubungsbrenner nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Es ist schon ein derartiger Brenner bekannt (US-PS 2469272), bei weichemein die Primärluft bildender Anteil der gesamten Verbrennungsluftmenge axial oder mit einer überwiegend axialen Komponente in die Brennkammer eingeführt wird, während der übrige, die Sekundärluft bildende Anteil der Verbrennungsluftmenge, radial in die Brennkammer eintritt. Dadurch ergibt sich eine im wesentlichen axiale Strömung in der Brennkammer, welche durch die radial zugeführte Sekundärluft gegen die Längsachse der Brennkammer gebündelt wird. Diese Brenner arbeiten zufriedenstellend, wenn der Brennstoff mit Rücksicht auf die geforderte geringe Leistung noch mit einem so hohen Druck in die Brennkammer eingespritzt werden kann, dass sich eine freie Verteilung des Brennstoffs schon im Zerstäubungskegel ergibt. Wenn jedoch der Brenner für noch kleinere Leistungen ausgelegt werden soll, reicht eine im wesentlichen axiale Strömung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer nicht mehr aus, um das Gemisch so aufzubereiten, dass in der Brennkammer eine rückstandsfreie Verbrennung erfolgt. The invention is based on an oil atomization burner according to the preamble of claim 1. Such a burner is already known (US Pat. No. 2,469,272), in which the portion of the total amount of combustion air that forms the primary air is introduced into the combustion chamber axially or with a predominantly axial component, while the rest of the amount of combustion air, which forms the secondary air, enters the combustion chamber radially. This results in an essentially axial flow in the combustion chamber, which is bundled against the longitudinal axis of the combustion chamber by the radially supplied secondary air. These burners work satisfactorily if the fuel can still be injected into the combustion chamber at such a high pressure, taking into account the required low output, that there is a free distribution of the fuel even in the atomizing cone. However, if the burner is to be designed for even smaller outputs, an essentially axial flow of the fuel-air mixture in the combustion chamber is no longer sufficient to process the mixture in such a way that residue-free combustion takes place in the combustion chamber.

Um selbst kleinste Brennstoffmengen in der Brennkammer russfrei verbrennen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, vorgewärmte Verbrennungsluft mit einer tangentialen Strömungskomponente in einen ersten Längsabschnitt der Brennkammer einzublasen, und den dadurch gebildeten Wirbel am Ausgang der Brennkammer durch eine Blende zu einer Potentialwirbelströmung einzuschnüren (DPa 28 43 908.9). Die Blende kann dabei vorzugsweise durch in einen zweiten Längsabschnitt der Brennkammer mit einer tangentialen Strömungskomponente eingeführte vorgewärmte Verbrennungsluft gebildet werden, welche eine die Wirbelströmung überlagernde Drehströmung bildet. Diese Massnahmen bedingen jedoch eine im Verhältnis zum Durchmesser relativ lange Brennkammer mit einem von konventionellen Konstruktionen abweichenden Aufbau, bei welchem zudem die Anordnung einer Hochspannungszündung auf gewisse Schwierigkeiten stösst. In order to be able to burn even the smallest amounts of fuel in the combustion chamber without soot, it has already been proposed to blow preheated combustion air with a tangential flow component into a first longitudinal section of the combustion chamber, and to constrict the resulting vortex at the outlet of the combustion chamber through a diaphragm to form a potential vortex flow (DPa 28 43 908.9). The orifice can preferably be formed by preheated combustion air which is introduced into a second longitudinal section of the combustion chamber with a tangential flow component and forms a rotary flow which overlaps the vortex flow. However, these measures require a combustion chamber which is relatively long in relation to the diameter and which has a structure which differs from conventional designs and in which the arrangement of a high-voltage ignition also encounters certain difficulties.

Bei einem anderen bekannten Brenner der gattungsmässigen Art wird Primärluft durch die Stauscheibe verwirbelt in die Brennkammer eingeführt und stromab davon vorgewärmte Sekundärluft durch einen Ringspalt zwischen Stauscheibe und einem konisch sich verjüngenden Innenwandabschnitt des Aussenrohres in Form eines konischen Mantels in den Brennraum eingeführt (DE-AS 26 24 649). Zur Erwärmung der Sekundärluft schliesst sich an den konischen Innenwandabschnitt eine Ringschulterfläche des Aussenrohres an, die der Brennkammer zugekehrt ist und an welcher rezirkulierende heisse Flammengase Wärme an das Aussenrohr und von dort auf die zuströmende Sekundärluft übertragen. In another known burner of the generic type, primary air is swirled into the combustion chamber through the baffle plate, and secondary air preheated downstream of it is introduced into the combustion chamber in the form of a conical jacket through an annular gap between the baffle plate and a conically tapering inner wall section of the outer tube (DE-AS 26 24 649). To heat the secondary air, an annular shoulder surface of the outer tube adjoins the conical inner wall section, which faces the combustion chamber and at which recirculating hot flame gases transfer heat to the outer tube and from there to the incoming secondary air.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Der erfindungsgemässe Ölzerstäubungsbrenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass bei weitgehender Verwendung von herkömmlichen und bewährten Brennerbauteilen eine saubere Verbrennung auch kleiner, z.B. unter 2 kg/h liegender Brennstoff The oil atomization burner according to the invention with the characterizing features of patent claim 1 has the advantage that, with the extensive use of conventional and proven burner components, clean combustion even small, e.g. Fuel less than 2 kg / h

650 067 650 067

mengen möglich ist, ohne dass die Sekundärluft erwärmt werden und eine längere Phase unvollständiger Verbrennung beim Kaltstart des Brenners in Kauf genommen werden muss. quantities is possible without having to heat the secondary air and having to accept a longer phase of incomplete combustion when the burner is cold started.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich. The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the arrangement specified in the main claim.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Anteil der Sekundärluft über einen Ringspalt zwischen der Stauscheibe bzw. der brennraumseitigen Ringstirnkante der zylindrischen Kammer und einem konischen Innenwandabschnitt am Aussenrohr in Form eines konischen Mantels in die Brennkammer zwischen den ersten und den zweiten Wirbel gelangt und diese voneinander trennt. Dadurch wird der Bildung von unerwünschten Mikrowir-beln im Grenzbereich des Primärluft- und des Sekundärluftwirbels entgegengewirkt und ein besonders gutes Flammenbild bei hoher Flammenstabilität erzielt. It is particularly advantageous if a portion of the secondary air reaches the combustion chamber between the first and second vortices and separates them from one another via an annular gap between the baffle plate or the combustion chamber-side ring end edge of the cylindrical chamber and a conical inner wall section on the outer tube in the form of a conical jacket . This counteracts the formation of undesirable micro-vortices in the border area of the primary air and secondary air vortices and achieves a particularly good flame formation with high flame stability.

Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der Düsenstock im Boden der zylindrischen Kammer befestigt ist und diese mit Löchern zum Zuführen der Primärluft versehen ist, deren freier Durchgangsquerschnitt durch eine drehbar gelagerte Blende veränderbar ist. Die Stauscheibe kann zweckmässig am brennraumseitigen Stirnende der zylindrischen Kammer befestigt sein, welche vorteilhaft in einen ringförmigen Einsatz des Aussenrohres gelagert und geführt ist, welcher mit Durchbrechungen zum Hindurchtreten der Sekundärluft versehen ist. A simple construction results if the nozzle assembly is fastened in the bottom of the cylindrical chamber and the latter is provided with holes for supplying the primary air, the free passage cross section of which can be changed by a rotatably mounted screen. The baffle plate can expediently be attached to the end of the cylindrical chamber on the combustion chamber side, which end is advantageously mounted and guided in an annular insert of the outer tube, which is provided with openings for the secondary air to pass through.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Brenner, und Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1. Fig. 1 shows a longitudinal section through the burner, and Fig. 2 shows a section along line II-II in Fig. 1st

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Der Brenner hat einen Öldüsenstock 2, der stirnseitig eine Zerstäuberdüse 4 trägt. Dieser wird das Öl über eine Pumpe 6 aus einem Behälter 8 zugeführt. Das vordere Ende des Öldüsenstok-kes 2 und die Zerstäuberdüse 4 sind in einer zylindrischen Kammer 10 angeordnet, die in einem Innenrohr 12 gebildet ist, welches stromauf von einem Bodenblech 14 und stromab von einer Stauscheibe 16 verschlossen ist. Der Öldüsenstock 2 und Zündelektroden 18 sind im Bodenblech 14 befestigt. Die Stauscheibe 16 ist mit einer zentralen Blendenöffnung 20 und mit mehreren gleichmässig verteilten radialen Schlitzen 22 versehen, welche durch angeschweisste Lappen 24 derart gegenüber einer Brennkammer 26 abgedeckt sind, dass sich tangentiale Austritts-öffnungen ergeben. Die zylindrische Kammer 10 ist von einem Aussenrohr 30 umgeben, an dessen Innenwand im axialen Abstand drei Ringkörper 32,34 und 36 befestigt sind. Der Ringkörper 32 hat einen nabenförmigen Ansatz 38, in welchem das Innenrohr 12 verschiebbar gelagert und geführt ist. Im Ringkörper 32 sind über den Umfang gleichmässig verteilte Bohrungen 40 vorgesehen, welche einen zwischen dem Aussenrohr 30 und dem Innenrohr 12 gebildeten Ringraum 42 mit einem zwischen den Ringkörpern 32 und 34 gebildeten Ringraum 44 verbinden. Von diesem führt ein Ringspalt 46 in die Brennkammer 26, welcher zwischen der brennkammerseitigen Stirnkante 48 des Innenrohres 12 und einer konischen Ringfläche 50 am Ringkörper 34 gebildet ist. BEST WAY TO IMPLEMENT THE INVENTION The burner has an oil nozzle assembly 2 which carries an atomizing nozzle 4 on the end face. The oil is fed from a container 8 via a pump 6. The front end of the oil nozzle block 2 and the atomizing nozzle 4 are arranged in a cylindrical chamber 10 which is formed in an inner tube 12 which is closed upstream from a base plate 14 and downstream from a baffle plate 16. The oil nozzle assembly 2 and ignition electrodes 18 are fastened in the base plate 14. The baffle plate 16 is provided with a central diaphragm opening 20 and with a plurality of uniformly distributed radial slots 22, which are covered by welded-on tabs 24 in relation to a combustion chamber 26 such that tangential outlet openings result. The cylindrical chamber 10 is surrounded by an outer tube 30, on the inner wall of which three annular bodies 32, 34 and 36 are attached at an axial distance. The ring body 32 has a hub-shaped projection 38, in which the inner tube 12 is slidably mounted and guided. Holes 40 are uniformly distributed over the circumference in the annular body 32 and connect an annular space 42 formed between the outer tube 30 and the inner tube 12 to an annular space 44 formed between the annular bodies 32 and 34. From this, an annular gap 46 leads into the combustion chamber 26, which is formed between the front edge 48 of the inner tube 12 on the combustion chamber side and a conical ring surface 50 on the ring body 34.

Die Brennkammer 26 ist von einem zylindrischen Mantelblech 52 umgeben, welches an den Ringkörpern 34 und 36 derart The combustion chamber 26 is surrounded by a cylindrical jacket plate 52, which on the annular bodies 34 and 36

25 25th

30 30th

befestigt ist, dass sich zwischen dem Aussenrohr 30 und dem Mantelblech 52 ein Ringraum 54 ergibt. Dieser ist über Aussparungen 56 im Ringkörper 34 mit dem Ringraum 44 zwischen den Ringkörpern 32 und 34 und über schlitzförmige Öffnungen 58 im 5 Mantelblech 52 mit der Brennkammer 26 verbunden. Die Mündungsebene der gleichmässig über die gesamte Fläche des Mantelbleches 52 verteilten schlitzförmigen Öffnungen 58 ist tangential zum Umfang des Mantelbleches 52 gerichtet, was durch aus dem Mantelblech radial nach aussen herausgestellte Zungen 60 10 (Fig. 2) erreicht ist. is fixed that there is an annular space 54 between the outer tube 30 and the jacket plate 52. This is connected via recesses 56 in the annular body 34 to the annular space 44 between the annular bodies 32 and 34 and via slot-shaped openings 58 in the jacket plate 52 to the combustion chamber 26. The mouth plane of the slot-shaped openings 58, which are uniformly distributed over the entire surface of the jacket plate 52, is directed tangentially to the circumference of the jacket plate 52, which is achieved by tongues 60 10 (FIG. 2) protruding radially outward from the jacket plate.

Dem Aussenrohr 30 wird über ein Gebläse 62 Verbrennungsluft zugeführt, aus welcher ein Primärluftanteil über Bohrungen 64 im Bodenblech 14 in die Kammer 10 und ein Sekundärluftanteil über den Ringraum 42 und die Bohrungen 40 im Ringkörper 15 32 in den Ringraum 44 gelangt. Den Bohrungen 64 im Bodenblech 14 ist eine drehbar gelagerte Blende 66 zugeordnet, über welche der Durchtrittsquerschnitt der Bohrungen 64 eingestellt werden kann. Der Ringkörper 32 ist in Achsrichtung verschiebbar im Aussenrohr 30 befestigt, während die beiden anderen 20 Ringkörper 34 und 36 unverschiebbar mit diesem verbunden sind. Der Ringkörper 32 ist an seinem dem Ringkörper 34 zugekehrten Stirnrand mit einem radial nach innen gerichteten Flansch 68 versehen, welcher je nach axialer Einstellung des Ringkörpers 32 die Strömung der Sekundärluft vom Ringraum 44 in den Ringraum 54 mehr oder weniger beeinflusst. Durch axiales Verschieben des Öldüsenstockes 2 wird auch das Innenrohr 12 verstellt und die Breite des Ringspaltes 46 zwischen dem Ringraum 44 und der Brennkammer 26 eingestellt. Combustion air is supplied to the outer tube 30 via a blower 62, from which a primary air portion passes through holes 64 in the base plate 14 into the chamber 10 and a secondary air portion through the annular space 42 and the holes 40 in the annular body 15 32 into the annular space 44. The bores 64 in the base plate 14 are assigned a rotatably mounted diaphragm 66, via which the passage cross section of the bores 64 can be adjusted. The ring body 32 is fastened in the axial direction in the outer tube 30, while the two other 20 ring bodies 34 and 36 are non-displaceably connected to it. The annular body 32 is provided on its end edge facing the annular body 34 with a radially inwardly directed flange 68 which, depending on the axial setting of the annular body 32, more or less influences the flow of the secondary air from the annular space 44 into the annular space 54. By axially displacing the oil nozzle assembly 2, the inner tube 12 is also adjusted and the width of the annular gap 46 between the annular space 44 and the combustion chamber 26 is adjusted.

Im Betrieb des Brenners tritt der Brennstoff in Form eines Zerstäubungskegels 70 in die Brennkammer 26 ein. Dabei werden die zerstäubten Brennstoffteilchen intensiv mit der Primärluft vermischt, welche aus der Kammer 10 durch die Blendenöffnung 20 und die Schlitze 22 in der Stauscheibe 16 mit Drall in die Brennkammer 26 gelangt und dort einen ersten Wirbel 72 bildet. Gleichzeitig strömt Sekundärluft über die Öffnungen 58 im Mantelblech 52 tangential in die Brennkammer 26 ein und bildet dort einen zweiten, intensiven Wirbel 74, der sich axial an den ersten Wirbel 72 anschliesst und entgegengesetzte Drallrichtung hat. Zwischen die beiden Wirbel 72 und 74 tritt Sekundärluft ohne Drall in Form eines konischen Mantels 76 durch den Ringspalt 46 in die Brennkammer 26 ein und trennt die beiden mit entgegengesetzten Drallrichtungen strömenden Grenzschichten der Wirbel, so dass keine lokalen, das Flammenbild unter Umständen störenden Mikrowirbel entstehen können. 45 Aufgrund des Dralls wird im Kern der Wirbel Unterdruck erzeugt, wodurch eine Abgasströmung 78 entsteht, welche aus dem Flammenbereich zurück zur Flammenwurzel führt und für eine vollständige Verdampfung des zerstäubten Brennstoffs sorgt. When the burner is operating, the fuel enters the combustion chamber 26 in the form of an atomizing cone 70. The atomized fuel particles are mixed intensively with the primary air, which passes from the chamber 10 through the aperture 20 and the slots 22 in the baffle plate 16 with swirl into the combustion chamber 26 and forms a first vortex 72 there. At the same time, secondary air flows tangentially into the combustion chamber 26 via the openings 58 in the jacket plate 52 and forms a second, intensive vortex 74 there, which adjoins the first vortex 72 axially and has the opposite direction of swirl. Between the two vortices 72 and 74, secondary air without swirl in the form of a conical jacket 76 enters the combustion chamber 26 through the annular gap 46 and separates the two boundary layers of the vortices flowing with opposite swirl directions, so that no local micro-vortices which may disturb the flame pattern occur can. 45 Because of the swirl, the vortex is generated in the core, creating an exhaust gas flow 78 which leads from the flame area back to the flame root and ensures complete vaporization of the atomized fuel.

50 Auch besteht die Möglichkeit, auf die Zufuhr von Sekundärluft zwischen die beiden Wirbel in Form eines konischen Mantels ohne Drall zu verzichten. Bei einer solchen Ausführung liegt jedoch die untere Leistungsgrenze, bei welcher der Brenner noch ein einwandfreies Abgasverhalten zeigt, höher als bei einem 55 Brenner nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel. Für die ungestörte Strömung der Sekundärluft aus dem Ringraum 54 in die Brennkammer 26 ist es in jedem Fall wichtig, dass die Zungen 60 (Fig. 2) an den schlitzförmigen Öffnungen 58 im Mantelblech 52 an der dem Ringraum 54 zugekehrten Aussenseite des Mantel-60 bleches liegen. 50 It is also possible to dispense with the supply of secondary air between the two vertebrae in the form of a conical jacket without swirl. In such an embodiment, however, the lower output limit, at which the burner still exhibits perfect exhaust gas behavior, is higher than in the case of a 55 burner according to the exemplary embodiment shown. For the undisturbed flow of the secondary air from the annular space 54 into the combustion chamber 26, it is in any case important that the tongues 60 (FIG. 2) at the slot-shaped openings 58 in the casing sheet 52 on the outside of the casing 60 sheet facing the annular space 54 lie.

35 35

40 40

M M

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

650 067

io

PATENT CLAIMS

1. Oil atomizing burner with an oil nozzle stick (2), which carries an atomizing nozzle (4) at the end of the combustion chamber and 5 extends in a cylindrical chamber (10), which serves the primary air supply, a baffle plate (16) arranged downstream of the atomizing nozzle, which has an aperture (20)

for the passage of the atomizing cone and of primary air and also with an outer tube (30) surrounding the cylindrical chamber, which forms with the chamber an annular space for the secondary air supply into a combustion chamber (26) arranged downstream of the baffle plate, characterized in that part of the primary air also a tangential flow component enters the combustion chamber (26) through the baffle plate (16) and 15 forms a first vortex (72) there, and that the secondary air enters the combustion chamber (26) with a tangential flow component through the jacket (52) and there forms a second vortex (74), which adjoins the first axially. 20th

2. Burner according to claim 1, characterized in that a portion of the secondary air via an annular gap (46) between the dust disk (16) or the combustion chamber-side ring end edge (48) of the inner chamber (10) and a conical inner wall section (50) on the outer tube ( 30) in the form of a conical jacket (76) flows into the combustion chamber (26) between the vortices (72 and 74) and separates them from one another.

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that part of the primary air flows through a plurality of at least approximately radial slots (22) in the baffle plate (16), the mouth plane of which is arranged at an angle to the baffle plate plane.

4. Burner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzle assembly (2) in the bottom (14) of the cylindrical chamber (10) is fixed and this is provided with holes (64) for supplying the primary air, the free passage cross section is adjustable by means of a rotatably mounted screen (66).

5. Burner according to one of the preceding claims,

characterized in that the baffle plate (16) is attached to the end of an inner tube (12) surrounding the cylindrical chamber (10) on the combustion chamber side.

6. Burner according to one of the preceding claims,

characterized in that the cylindrical chamber (10) is guided 45 in an annular insert (32) of the outer tube (30), which insert is provided with openings (40) for the passage of the secondary air.

7. Burner according to claim 6, characterized in that the conical inner wall section (50) on the outer tube (30) is formed on a ring body (34) fastened in the outer tube, which with openings (56) for passing through the jacket (52) in the combustion chamber (26) passing secondary air portion is provided.

8. Burner according to claim 7, characterized in that the annular insert (32) relative to the ring body (34)

is axially displaceable and has an inner flange (68) projecting into the flow path of the secondary air on its end face facing the annular body (34).

9. Burner according to claim 7 or 8, characterized in that the jacket (52) of the combustion chamber (26) on the conical 60 see inner wall portion (50) having the ring body (34) and a second ring body (36) on the outer tube (30 ) is attached, which forms the boiler end of the burner.

10. Burner according to claim 9, characterized in that the end wall of the second annular body (36), which faces the annular chamber (54) formed between the outer tube (30) and the jacket (52) of the combustion chamber (26), is conical .

11. Burner according to claim 9 or 10, characterized in that the jacket (52) of the combustion chamber (26) is a perforated plate and the mouth plane of the holes (58) are at an angle to the peripheral surface of the jacket.

12. Burner according to claim 11, characterized in that the holes (58) in the casing (52) on the shear edges are formed by radially outwardly protruding tongues (60) of the casing.

13. Burner according to claim 1, characterized in that the second vortex (74) is opposite to the first vortex (72).

25th

30th

35

40

50

55