DE1551710A1

DE1551710A1 - Brennstoffverteiler fuer Verbrennungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE1551710A1
Application number: DE1967N0030435
Authority: DE
Inventors: Hakluytt John Philip Dabbs
Original assignee: NAT RESCARCH DEV CORP; National Research Development Corp UK
Current assignee: NAT RESCARCH DEV CORP; National Research Development Corp UK
Priority date: 1966-04-30
Filing date: 1967-04-28
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1551710C3; SE325362B; US3452933A; FR1521152A; DE1551710B2; GB1165163A

Description

betreffend.
Brennstoffverteiler für Verbrennungsvorrichtungen.

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Verbrennen von Brennstoffen, und sie betrifft insbesondere mehrstrahlige Verteiler, mittels deren ein Brennstoff in einem Brenner mit Hilfe eines zum Ausstoßen dienenden Fluds verteilt wird, welch letzteres zusammen mit Brennstoff in in dem Verteiler'vorgesehene Ausstoßkammern eingeleitet wird. Die Erfindung ist z.B. bei Heizölverteilern anwendbar, bei denen das Heizöl mit Hilfe . eines zweiten Fluds in Form eines Sprühstrahls verteilt wird;, jedoch läßt sich die Erfindung auch bei Verteilern für pulverförmigen Brennstoff anwenden, bei denen das zum Ausstoßen dienende Flud bewirkt, daß der Brennstoff von dem Verteiler in Form eines zerstäubten Strahls abgegeben wird.

Zwar wird die Erfindung im folgenden bezüglich ihrer Anwendung bei Ölbrennern beschrieben, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt, da es auf der Hand liegt, daß die Erfindung auch bei Brennern für pulverförmigen Brennstoff anwendbar ist.

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COPY

Bei Heizölverteilern, bei denen z.B. Dampf oder Luft zum Zerstäuben des Heizöls verwendet wird, besteht bekanntlich die Gefahr einer Verschmutzung bzw. Verstopfung der Zerstäuberoberfläche bzw. des Zerstäubers, da sich auf den betreffenden Flächen ül ansammelt, das einer Verkohlung ausgesetzt ist. Eine solche Verschmutzung bewirkt, daß sich Betriebsunterbrechungen zu Reinigungszwecken nicht vermeiden lassen, da sich die Zer_T stäubungswirkung zunehmend verschlechtert und die Verstopfung ein unzulässiges Ausmaß erreichen kann.

Es wird angenommen, daß die Ansammlung von Rückständen als Folge des Verkohlens von Öl in erster Linie von der Temperatur der betreffenden Flächen sowie von der Große der Fläche abhängt, die der Strahlungswärme ausgesetzt ist. Im ersteren Falle soll daher die Temperatur möglichst niedrig und im zweiten Falle die Fläche möglichst klein gehalten werden.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen Sprühverteiler der genannten Art vorzusehen, bei dem flie erwähnten Nachteile möglichst weitgehend ausgeschaltet sind.

Bei einem erfindungsgemäßen Sprühverteiler für Brennstoffe, bei dem ein zum Ausstoßen dienendes Flud und der Brennstoff in mehrere Ausstoßkammern eingeleitet werden, sind die Ausstoßkammern so angeordnet, daß ihre Längsachsen allgemein in der Richtung des Brennstoffaustritts konvergieren, und außerdem sind die Ausstoßkammern windschief zur Achse des Verteilers angeordnet, so daß der Brennstoffstrahl in der gewünschten Weise divergiert. Bei einem erfindungsgemäßen Verteiler führt die beschriebene windschief-konvergierende Anordnung der Auhsen der Ausstoßkammern auf erwünschte Weise dazu, daß die austretenden Strahlen

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divergieren, 'öliiie daß* 'die¹ die· "Verachte den on /ixis-at ο ßkämine r-ri' ν erlas sendeh'äträfctl^ft aurefffanaertreffeh."'' ^c" ' - ■' '- '■"'■ -■'-■■ ^;; ■ '

ferner igt es ,möglich, einen erfimjungsgemäßen Verteiler ao zu konstruieren, dafi eines oder mehrere der folgenden Ziele erreioht-weedeiir bei denen es sich darum handelt, die Größe der Stirnfläche des Verteilers zu verkleinern, und dem Profil des VerWilerkppfes eine solche Form 2u geben, daß die Lage des Grenzschichtablösungspunktes verändert wird, um so die Kühlung zu verbessern, den Abschirniungsfcörpereffekt ("Bluff body" effect) der Aü3^?enflac%e des Ve'rteilei'kopfea dadurch-zu verringern, daß der 'ΚορΓ' ve4*3Ung-t ausgebildet' wird, um' die- Rüc'tezirfculatiOtt des ^! Wirbels^mi^t ihrer- axiale'n 2öne niedrigen -Drucks möglichst zu · / verringern-,- ^?-aas "Üxpahslons-poteritial des" .auSHtroin'enden Fluds- 'aus-zuriui'z.ehV -uffi* ^:die axiale Kieder'druciczone in" einem* solchen· imsm-scä■ .-. zu füllen, da3 eine· Ruckzi-iitul'^iii-on¹ des"^: Vfi-rfcels-v?oll3^:tänaig ver-. hindert wird,_vund insbesondere bei einem Heizölverteiler die maximale Kühlwirkung zu erreichen, die sich mit Hilfe der beiden Pluäe an der Verteilerstirnfläche erzielen Iä3t, wo eine Kühlung erforderlich ist, um die öberflächentemperatur unter einera be- ^e stimmteil '.Wert zu'iiältenj oberhalb dessen -eine . Verkohlung .des Brennstoffs * eintri 11,^{: j} wä-hireiid·- dies .. unt erhal b > die se s E unkt e a, nl^:eiit'geschieht ν -'■■ '■ . · .·' ■■->- ·■« ...·,.·■ .-> · . : :.··-.-..■·--.

Wenn man die Austrittsöffnungen des Verteilers sehr nahe beieinander anordnet, so daß die Stirnfläche des Verteilers verhältnismäßig klein wird, kann die Temperatur unter dem .Vert gehalten werden, bei dem die Stirnfläche trocken wird, so daß eine Verkohlung einsetzt.

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Die Erfbindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Brennstoff-

verteiler in perspektivischer Darstellung.

Gemäß der Zeichnung ist der Verteiler- oder Zerstäuberkopf 1 derart verjüngt ausgebildet, daß er eine verhältnismäßig,kleine Stirnfläche 2 aufweist. Nahe dem Umfang der Stirnfläche sind in symmetrischer Anordnung mehrere Austrittsöffnungen 3 vorgesehen, die die Auslässe der Kammern 4 für das Zerstäubungsflud und das Heizöl bilden; diese Kammern, die bei ülverteilern gewöhnlich als Mischkammern bezeichnet werden, sind gegen die Stirnfläche

des Zerstäubers sowie gegen die Achse des Kopfes geneigt, so daß jeder Aus-laß einen schräg gerichteten Strahl abgibt. Da Öl wird über Öffnungen 5 zugeführt, die zu den einzelnen Ausstoßbzw. Mischkammern 4 führen.

Die Län^e und der Durchmesser der Ausstoß- oder Mischkammern werden vorzugsweise so gewählt, daß ein möglichst hoher Mischwirkungsgrad erreicht wird, und an den Auslaßöffnungen kann zweckmäßig zu Eichzwecken ein kleiner Ansatz (arboring) bzw. eine Aufdornung vorgesehen sein.

Vorzugsweise wird die Neigung der Achsen der austretenden Fludströme-auf vorteilhafte Weise ausgenutzt, um während des Ausstoßens oder Mischens eine hohe Drehgeschwindigkeit' zu erzeugen und so den Mischvorgang zu verbessern.

Ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verteilers besteht darin, daß zwischen den austretenden Strahlen Durchlässe

entstehen, über die Verbrennungsluft von der Außenseite der *-^r—-^·³«⁵⁵-"' - 0098 1 3/0552

BAD ORIGINAL

' achssymmetisehen Flamme zum Inneren der Flamme gelangen kann, ao daß die Flamme stabilisiert wird. :

Ein erfindungsgemäßer Verteiler kann durch maschinelle . Bearbeitung aus jedem massiven Material hergestellt werden, das der Abnutzung infolge der Strömung standhaält, das eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit besitzt, um dem hohen Wärmedurchgang standzuhalten, und das genügend fest ist, um die Beanspruchung durch den Druck der Flude aufzunehmen. Alternativ könnte man ein dünnwandiges Kanalaggregat aus einem geeigneten Material, z.B. Stahl, herstellen und in eine tragende Matrix aus einem anderen Material, z.B. Weißmetall, einbauen.

Bin Heizölverteiler entsprechend der Zeichnung wurde 70 Stunden und langer ohne jede Reinigung betrieben, und es ist zu erwarten, daß er auch weiterhin auf unbestimmte Zeit ohne Verschmutzung oder bis zu dem Zeitpunkt betrieben werden kann, in dem sich eine der Düsenöffnungen zufällig verstopft hat. Es wurde festgestellt, daß bei einem solchen Verteiler keine auf zu hohe Stirnflächentemperaturen zurückzuführende Kohlebildung auftritt, und daß der Verteiler bei einer Feuerung lange Zeit hindurch bei sehr hoher Wärmeerzeugung in unmittelbarer Nähe anderer, ähnlich große Flammen erzeugender Verteiler betrieben werden kann. Es hat sich gezeigt, daß der Verteiler anderen mit zwei Fluden arbeitenden Verteilern überlegen und geeignet ist, im Vergleich zu seinem Raumbedarf eine gut abgegrenzte Flamme mit außerordentlich hoher Wärmeabgabe (über 17800 kcal/m /h bzw. 2 000 000 BTü/cu ft/hr bei einem Durchsatz von etwa 1820 kg bzw, 4000 Ib. je Stunde und bei einem Luftüberschuß von weniger als zu erzeugen. Ferner kann der Verteiler so ausgebildet werden, 0098 1 3/0552

daß er sich'im ganz abgestellten Zustand bei sehr kleinen Druckunterschieden zwischen dem Zerstäubungsflud und dem Brennstoff betreieben läßt, wobei der verschmutzungsfreie Betrieb sogar bei negativen Druckunterschieden, d.h. dann erhalten bleibt, wenn der Druck des Brennstoffs höher ist als der Druck des Zerstäubungsfluds.

Es sei bemerkt, daß es bei dem erfindungagemäßen Verteiler möglich Ϊ3fc, den Brennstoffstrom, dessen Kühlvermögen erheblich größer ist als dasjeniger normaler Zerstäubungsflüde, sehr nahe an die freiliegende Fläche des Verteilerkopfes heranzuführen, dessen Oberflächentemperatur unter einem bestimmten iVert gehalten werden muß, wenn eine Kohlebildung verhindert werden soll, und daß die sehr kleine Querschnittsfläche der Stirnseite die Verwandung von Wirbelerzeugern ermöglicht, die kleine zentrale Hohrabschnitte umfassen, wobei günstige .Yirkungen erzielt werden* und zwar bezüglich des Ablaufs der Verbrennung und bezüglich der Verringerung des Abshhirmkörpereffektes hinter dem Verteiler, der die Hauptursaehe für die Bildung von Ablagerungen ist. iCin weiteres wichtigesMerkmal besteht in der Möglichkeit, die Düsenöffnungen den Erfordernissen entsprechend anzuordnen. Es kann z.B. eine typische Düse etwa 57 kg/h bei einem Dampfdruck von etwa 9»8 atü und einem Brensstoffdruck von etwa 7 atü abgeben. Somit gibt ein Verteiler mit acht Öffnungen unter diesen Bedingungen etwa 455 kg/h ab. Wird der Dampfdruck konstant gehalten, verdoppelt sich der Durchsatz^ wenn ein Brennstoffdruck von etwa' 11 atü erreicht wird. Zwar ist der Dampfverbrauch im ersteren Falle höher, doch beobachtet man im allgemeinen, daß die Güte der Sprühverteilung bei einem Durchsatz von Φ55 kg/h höher ist

als bei einem Durchsatz von 910 kg/h.

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3üi- ,feHös-esi = auf, eine „gute ,Sprufoverteilung ankommt, kann man einen- VgwieiX dadurch erzielen,, daß man die Zahl der Diisenöffnungen vergrößert. J3ei der zuvor behandelten Konstruktion führi die Verwendung .yon 16 gleichartigen Öffnungen unter Anyiendung der, gleichen Prücke von Pampf lind Brennstoff zu einem Durplisatz von etwa 910 kg/h, wobei eine gute Sprühverteilung erzielt wird.

windspMefe Anordnung der Kanäle, bei^SIe einzelnen Strahlen in _;vjer^piiiedenen, Ebenen liegen^ so ,daß sie nicht aufeinandertreff,.en, iat. ea insbesondere möglich, die Öffnungen eines ^s^n|Eihe beieinander anzuordnen, wie es in der Praxis

ist,, um die erwähnten vorteilhaften Y/irkungen zu erzielen. . ,

Patentansprüche;

BAD

Claims

PATENTANSPRÜCH1

Sprühverteiler für Brennstoffe, hei dem das zum Ausstoßen dienende Flud und der Brennstoff mehreren Ausstoßkammern .zugeführt werden, dadurch g e k e η η ζ. e i c h η e t , daß die Ausstoßkammern so angeordnet sind, daß ihre Längsachsen in der allgemeinen Richtung der Brennstoffabgabe konvergieren, und daß die Kammern windschief zur Achse des Verteilers angeordnet aind, so daß der Brennstoffsprühstrahl in der gewünschten Weise divergiert.
2. Sprühverteiler für Heizöl naoh Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t , daß der Verteilerkopf (1) in der Nähe der Austrittsöffnungen (3) verjüngt ausgebildet ist, so daß die Stirnfläche des Verteilerkopfes auf vorteilhafte ffeise dadurch gekühlt wird, daß das zugeführte Heizöl relativ nahe an die Stirnfläche herangeführt wird, und/oder dadurch, daß die Ablösung der Grenzschicht von dem Verteiler verzögert wird.

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ORIGINAL INSPECTED