DE1162502B - Vorrichtung zur Verbrennung von Oel mit hohem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis. - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F23d

Deutsche Kl.: 24 b-8/01

Nummer: 1162 502

Aktenzeichen: F 28119 Ia/24b

Anmeldetag: 4. April 1959

Auslegetag: 6. Februar 1964

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von Öl mit hohem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis und besteht aus einer drehsymmetrischen am Ein- und Austritt eingeschnürten Brennkammer, die im Abstand von einem glockenartigen, innen mit drallerzeugenden Luftleitblechen versehenen Gehäuse umgeben ist, wobei in der Brennkammerachse etwa in Höhe der Lufteintrittsöffnung eine Zerstäuberdüse angeordnet ist. Bei den Brennern dieser Art entsteht in der Kammer infolge der darin drehenden Verbrennungsgase ein um die Kammerachse drehender Rückstrom der Verbrennungsgase in Richtung auf den Lufteintritt, dessen geometrische Form vom Verhältnis der Tangentialkomponente zur Axialkomponente der Strömung der eintretenden Luft abhängt. Die Geschwindigkeit des Rückstromes folgt proportional dem Luftdurchsatz. Die Zerstäuberdüse versprüht den flüssigen Brennstoff, sowie es sich um Öl mit hohem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis handelt, bei etwa 2 bis 80 atü.

Bei diesen Brennern durchschlagen die großen Tropfen des aus der Düse ausgestoßenen Sprühkegels die rückströmenden Verbrennungsgase und bewegen sich während ihrer Verdampfung bzw. Vergasung und während der Verbrennung selbst etwa geradlinig zur Brennkammeraustrittsöffnung hin. Dadurch gelangen die Kohlenstoffskelette in eine Zone, in welcher bereits ein wesentlicher Teil des Sauerstoffs verbraucht ist.

Will man nun mit höheren spezifischen Belastungen arbeiten, z. B. bei einer spezifischen Belastung bei mehr als 10 · 10⁶ kcal/h ■ m³ bei 100 kg Öl/h, so muß der Einspritzdruck bedeutend erhöht werden, z. B. auf 150 bis 250 atü, damit möglichst kleine Tropfen entstehen, welche in der entsprechend verkürzten Verweilzeit aufbereitet und verbrannt werden können.

Mit steigenden Brennkammerbelastungen erhöht sich auch die Geschwindigkeit der Rückströmung. Dadurch steigt auch die Schleppkraft der Rückströmung entsprechend an und mit wachsendem Durchsatz wird ein entsprechend immer größer werdender Anteil der Öltröpfchen gegen die Düsenmündung und gegen die Lufteintrittsöffnung zurückgeworfen, wo das Öl infolge Flammenrückstrahlung zur Ankrustung und Verstopfung führt.

Man hat versucht, den Rückstrom durch Einbau einer metallischen Luftleitvorrichtung im Brennraum in der Umgebung der Düsen so umzulenken, daß er außerhalb der Zerstäuberdüsen umkehrt.

Bei der Verbrennung von Ölen mit hohem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis sind hohe Brennkammer-Vorrichtung zur Verbrennung von öl mit hohem
Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis

Anmelder:

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,

Leverkusen

Als Erfinder benannt:
Walter Sick, Köln-Brück,
Dr. Hans Zirngibl, Duisburg

temperaturen erforderlich, was nur bei geringem Luftüberschuß möglich ist. Deshalb müssen die Brennkammern keramisch ausgekleidet sein. Eine metallische Leitvorrichtung im Brennraum ist für hohe und höchste Brennkammertemperaturen völlig ungeeignet, da schon ein geringes Maß von Ungenauigkeit in der Leitvorrichtung eine Störung der Rotationssymmetrie der Strömung verursacht.

Es wurde nun gefunden, daß bei hohen und höchsten Brennkammerbelastungen eine Ankrustung in der Lufteintrittsöffnung mit Sicherheit vermieden wird, wenn erfindungsgemäß gleichachsig zur Brennkammer ein kegelförmiger Verdrängerkörper angeordnet ist, dessen die Zerstäuberdüse enthaltende Spitze in die Brennkammereintrittsöffnung hineinragt.

Hierdurch wird erreicht, daß der Rückstromwirbel

des Verbrennungsgases, dessen Außendurchmesser ausschließlich vom Verhältnis der Tangentialkomponente zur Axialkomponente der drehenden Strömung der eintretenden Luft abhängt, gegen den Kegelmantel des Verdrängerkörpers stößt, seitwärts nach oben abgelenkt und von der eintretenden Frischluft in die Brennkammer wieder zurückgeführt wird. Die bei der Zerstäubung des Öles entstehenden größeren Tröpfchen dringen entsprechend ihrer größeren Masse tief in den Rückstrom ein, wobei sie infolge hoher Relativgeschwindigkeit und hoher Temperaturdifferenz zum Rückstrom der Verbrennungsgase schnell verdampfen bzw. vergasen. Dämpfe, Gase und übriggebliebene Kohlenstoffskelette werden vom Rückstrom mitgeschleppt und am Kegelmantel der Brennkammer an der Kreisstelle, die dem Außendurchmesser des Rückstromes entspricht, umgelenkt und von der Frischluft erfaßt, die sie in die äußeren Zonen des Brennraumes hineinträgt, in denen sie restlos ausbrennen. Hierdurch

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wird ein Enstehen von Ruß praktisch völlig vermieden.

Die bei der Zerstäubung entstehenden kleinen Tropfen kehren unter dem Einfluß der Rückströmung bereits kurz hinter der Düsenmündung um und werden ebenfalls am Kegelmantel des Verdrängerkörpers an der Stelle, die dem Außendurchmesser der Rückströmung entspricht, umgelenkt und von der Frischluft erfaßt. Durch die zyklisch wiederholte Umlengerkörper2 ist so ausgebildet, daß die Zerstäuberdüse 3 sich bei Betriebsstellung etwa am Ende der Lufteintrittsöffnung 10, d. h. in Höhe des Beginns der kegeligen Erweiterung 11 der Brennkammer 1 befindet. Die Brennkammer 1 wird umgeben von einem Spiralgehäuse 7, in welches die Verbrennungsluft über den Stutzen 6 einströmt. Die im Spiralgehäuse 7 in Drehung versetzte Verbrennungsluft tritt über die Kante 8 in den Hohlraum 9 des Ge-

kung der Rückströmung des Brenngases am Kegel- io häuses 5 ein. Zur Steuerung der Drehung sind in dem

Hohlraum 9 Leitbleche 12 angeordnet. Die in Drehung versetzte Luft tritt durch die Lufteintrittsöffnung 10 in die drehsymmetrische Brennkammer 1 ein. Sie behält die Drehbewegung in der Brennkammer bei. 15 Durch die Drehbewegung entsteht der Rückstrom 13, der in Nähe der Lufteintrittsöffnung 10 den aus der Zerstäuberdüse 3 eingesprühten Brennstoffstrahl 14 abbremst. Die abgebremsten Brennstoffteilchen werden von dem drehenden Rückstrom 13 verteilt, verschnitt verändert und ausschließlich zur Gleichschal- 20 dampft bzw. vergast und beim Zusammentreffen mit tung der Luftgeschwindigkeit bei verminderter Be- der durch die Lufteintrittsöffnung 10 eintretenden lastung dient. Im Gegensatz hierzu dient der Ver- Verbrennungsluft restlos verbrannt. Ein Teil der umdrängerkörper nach der Erfindung ausschließlich zur laufenden Feuergase verläßt dauernd durch die Öff-Umlenkung der Rückströmung der Verbrennungs- nung 15 die Brennkammer 1 in dem Maß, wie Öl und gase, wobei die Brennraumbelastung für die Stellung 25 Verbrennungsluft durch die Zerstäuberdüse 3 bzw. des Verdrängerkörpers völlig belanglos ist, da die die Lufteintrittsöffnung 10 zugeführt werden. Um die geometrische Form nicht vom Durchsatz abhängig Strömungsverhältnisse genau einstellen zu können, ist

mantel des Verdängerkörpers und die Rückführung des Brenngases in den Brennraum wird ein Ansprühen des Brennstoffes in flüssigem oder teigigem Zustand und damit ein Verkrusten der Düse und der Wände restlos vermieden.

Es sind bereits Einrichtungen zur Regelung von Brennern für flüssige Brennstoffe bekannt, die mit einem in Achsrichtung verschiebbaren Verdrängerkörper ausgestattet sind, der den Luftaustrittsquer-

ist, sondern nur vom Verhältnis der Tangentialkomponente zur Axialkomponente der eintretenden Verbrennungsluft.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auch für Druckfeuerungen anwendbar, wobei die Kleinheit der Brennkammer mit Rücksicht auf die Explosionsgefahr einen wesentlichen Vorteil gegenüber anderen Konstruktionen bietet. Bei Anwendung der Vorrichtung für Druckfeuerungen kann mit entsprechend dem Druckniveau höhere Belastung in der Brennkammer mit gleichem Erfolg gefahren werden. Es ist dabei gleichgültig, ob der Druck am Ende eines zu beheizenden Gerätes oder durch Drosselung am Brennkammeraustritt erzeugt wird.

Das Verhältnis der Durchmesser der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung der Brennkammer beträgt vorzugsweise 1:1,5 bis 1: 2,5, wobei sich der größte Kammerdurchmesser zum Durchmesser der Eintrittsöffnung wie 1:3 bis 1: 5, vorzugsweise 1:4 verhält. Die Länge der Brennkammer soll nicht kleiner als der größte Durchmesser der Kammer sein.

Die Zeichnung stellt ein Beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung dar, und zwar zeigt

A b b. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung und

A b b. 2 eine Draufsicht.

Eine rotationssymmetrische Brennkammer mit verengtem Ein- und Austritt ist mit 1 bezeichnet. Mit 2 ist der oben mittig in die Eintrittsöffnung der Brennkammer hineinreichende, während des Betriebes in Achsrichtung verschiebbare kegelige Verdrängerkörper bezeichnet, der an seiner Spitze die Zerstäuberdüse 3 trägt. In diesem Verdrängerkörper 2 kann die Zündvorrichtung 4 angebracht werden. Der Verdrän-

die Brennkammer 1 im Gehäuse 5 seitenverschiebbar angeordnet und wird durch Einstellschrauben 16 in die genaue Lage zu Verdrängerkörper 2 und Düse 3 gebracht.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verbrennung von Öl mit hohem Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis, bestehend aus einer drehsymmetrischen, am Ein- und Austritt eingeschnürten Brennkammer, die im Abstand von einem glockenartigen, innen mit drallerzeugenden Luftleitblechen versehenen Gehäuse umgeben ist, wobei in der Brennkammerachse etwa in der Höhe der Lufteintrittsöffnung der Kammer eine Zerstäuberdüse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß gleichachsig zur Brennkammer (1) ein kegelförmiger Verdrängerkörper (2) angeordnet ist, dessen die Zerstäuberdüse (3) enthaltende Spitze in die Lufteintrittsöffnung (10) hineinragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) im Gehäuse (5) seitenverschiebbar angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1035 306; schweizerische Patentschrift Nr. 171513; britische Patentschrift Nr. 613 984;

Dr.-Ing. C. A. Landfermann, »Die ölfeuerung bei Zentralheizungen« (Verlag Haenchen u. Jäh, Berlin-Charlottenburg), 1955, S. 29;

Prospekt AKP 110/3, Blatt 2 (vom 1. 4.1952) der Firma Bosch, Stuttgart.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 507/203 1.64 © Bundesdruckerei Berlin