DE1551710B2

DE1551710B2 -

Info

Publication number: DE1551710B2
Application number: DE1551710A
Authority: DE
Inventors: John Philip Dabbs Gosport Hampshire Hakluytt (Grossbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1966-04-30
Filing date: 1967-04-28
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE1551710A1; DE1551710C3; US3452933A; GB1165163A; SE325362B; FR1521152A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Brennstoffzerstäubern, bei denen z. B. Dampf oder Luft zum Zerstäuben von Heizöl verwendet wird, besteht bekanntlich die Gefahr einer Verschmutzung der Zerstäuberoberfläche, da auf dieser öl verkohlt. Eine solche Ölkohleverschmutzung bewirkt daß sich Betriebsunterbrechungen zu Reinigungszwecken nicht vermeiden lassen, da sich die Zerstäuberwirkung zunehmend verschlechtert und die Verschmutzung ein unzulässiges Ausmaß erreichen kann. Die Ansammlung von Rückständen als Folge des Verkohlens des Öls bzw. Brennstoffs wird in erster Linie von der Temperatur der der Flamme zugewandten Stirnfläche sowie von deren Größe abhängig sein, da sie der Strahlungswärme ausgesetzt ist Daher soll die Stirnfläche der Zerstäubungsdüse möglichst klein und deren Temperatur möglichst niedrig sein.

Bei einer bekannten gattungsgemäßen Zerstäuberdüse (Zeitschrift »Energie und Technik«, 15. Jahrgang, März 1963, S. 87—93) sind die Mischkammern auf einem sich entgegen der Richtung der Brennstoffabgabe verjüngenden Kegel angeordnet und münden in einen zentralen Kanal für das Zerstäubungsmedium. Um diesen Kanal herum sind ölzuführungskanäle vorgesehen, die von außen her seitlich in die länglichen Mischoder Ausstoßkammern münden. Die abgegebenen Brennstoffstrahlen divergieren, doch ist eine Vergleichs weise große Stirnfläche unumgänglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zerstäuberdüse derart fortzubilden, daß die Erhitzung der Stirnfläche möglichst gering ist, so daß eine starke oder schnelle Verschmutzung durch Brennstoffkohleansätze vermieden ist

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausrichtung der Mischkammern können die Austrittsöffnungen verhältnismäßig achsnahe sein, so daß die Stirnfläche vergleichsweise klein ist

Der Anspruch 2 kennzeichnet eine Ausführungsform der Zerstäuberdüse, die eine besonders kleine Stirnfläche aufweist

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird die

Kühlkapazität von Heizöl besonders gut ausgenutzt

An dieser Stelle sei noch auf die GB-PS 9 05 161 verwiesen, aus der eine Zerstäuberdüse für flüssigen Brennstoff mit Kanälen für das Zerstäubungsmedium bekannt ist, in die nahe der Düsenstirnfläche Brennstoffkanäle münden und die eine Ausrichtung ähnlich der erfindungsgemäßen Mischkammern aufweisen. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand erfolgt die Vermischung der Brennmittel bei der Zerstäuberdüse gemäß der GB-PS jedoch nicht innerhalb der Düse, woraus sich eine andersartige Funktion, insbesondere Zerstäubung der Düse gemäß der GB-PS ergibt

Bei dem erfindungsgemäßen Zerstäuber führt die beschriebene windschief-konvergierende Ausrichtung

is der Längsachsen der Mischkammern dazu, daß die austretenden Brennstoffstrahlen wie bekannt divergieren, ohne daß die Brennstoffstrahlen aufeinandertreffen. Bei sich verjüngender bzw. konischer Ausbildung des Düsenkörpers läßt sich die Lage des Grenzschichtablösepunktes günstig beeinflussen, so daß eine gute Kühlung eintritt, da die Rückzirkulation des Wirbels mit ihrer axialen Zone niedrigen Drucks verringert ist, und da die Expansion des Zerstäubungsmediums günstig ausgenützt wird, um die axiale Niederdruckzone in einem solchen Ausmaß aufzufüllen, daß eine Rückzirkulation des Wirbels nahezu oder vollständig verhindert wird. Diese Wirkung ist gerade bei einem Heizölzerstäuber besonders ausgeprägt, wo sich mit Hilfe des Heizöls.und des Zerstäubungsmediums eine maximale Kühlwirkung dort erreichen läßt, wo die Oberflächentemperatur unter einem bestimmten Wert gehalten werden sollte, um einen Ölkohlesatz zu vermeiden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Der Düsenkörper 1 des dargestellten Heizölzerstäubers ist derart verjüngt ausgebildet, daß er eine verhältnismäßig kleine Stirnfläche 2 aufweist. Nahe dem Umfang der Stirnfläche 2 sind in kreisförmiger Anordnung mehrere Austrittsöffnungen 3 länglicher Mischkammern 4 erkennbar, aus denen das Heizöl durch das Zerstäubungsmedium ausgestoßen wird. Die Mischkammern 4 sind gegen die Stirnfläche des Zerstäubers sowie gegen die Längsachse des Düsenkopfes 1 geneigt, so daß aus jeder Austrittsöffnung 3 ein schräg gerichteter Strahl austritt und alle Strahlen divergieren. Das Heizöl wird den Mischkammern 4 über ölzuführungskanäle 5 zugeleitet.

Die Länge und der Durchmesser der Mischkammern 4 werden so gewählt, daß ein möglichst hoher Mischwirkungsgrad erzielt wird. An den Austrittsöffnungen 3 ist zu Eichzwecken ein kleiner Ansatz bzw. eine Aufdornung vorgesehen.

Die windschiefe Neigung der Längsachsen der Mischkammern wird dazu ausgenutzt, um dem insgesamt austretenden Heizölstrahl einen Drall aufzuprägen und so die Mischwirkung zu verbessern. Zwischen den austretenden Brennstoffstrahlen verbleiben Zwischenräume, über die Verbrennungsluft von der Außenseite der achsymmetrischen Flamme zum Inneren der Flamme gelangen kann, so daß die Flamme stabilisiert ist

Der Zerstäuber kann durch maschinelle Bearbeitung aus massivem Werkstoff hergestellt werden, der der Abnutzung durch die Strömungsbelastung widersteht, der eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit hat und der genügend fest ist um der Druckbeanspruchung des Zerstäubungsmediums und des Brennstoffs standzuhalten. Alternativ könnte in einem dünnwandigen Mantel,

beispielsweise aus Stahl, eine tragende Matrix aus einem anderen Werkstoff, z. B. Weißmetall, eingesetzt sein.

Ein Heizölzerstäuber der dargestellten Art wurde 70 Stunden und länger ohne daß eine Reinigung erforderlich wurde, betrieben. Danach ließ sein Zustand erwarten, daß er auch weiterhin auf unbestimmte Zeit ohne Verschmutzung oder so lange betrieben werden kann, bis sich zufälligerweise eine Düsenöffnung verstopft Es wurde festgestellt, daß bei einem solchen Zerstäuber keine auf zu hohe Stirnflächentemperaturen ίο zurückzuführende Kohlebildung auftritt und er bei einer Feuerung lange Zeit hindurch bei sehr hoher Wärmeerzeugung in unmittelbarer Nähe anderer, ähnliche große Flammen erzeugender Zerstäuber betrieben werden kann. Es hat sich gezeigt, daß der Zerstäuber anderen Druckluft- oder Dampfzerstäubern überlegen und geeignet ist, im Vergleich zu seinem Raumbedarf eine gut abgegrenzte Flamme mit außerordentlich hoher Wärmeabgabe (über 74 404 kj/m³ · h bei einem Durchsatz von etwa 1 800 kg/h und bei einem Luftüberschuß von weniger als 3%) zu erzeugen. Ferner kann der Zerstäuber so ausgebildet werden, daß er sich im ganz gedrosselten Zustand bei sehr kleinen Druckunterschieden zwischen dem Zerstäubungsmedium und dem Brennstoff betreiben läßt, wobei der verschmutzungsfreie Betrieb sogar bei negativen Druckunterschieden, d. h. dann, erhalten bleibt, wenn der Druck des Brennstoffs über dem des Zerstäubungsmediums liegt.

Mit dem neuen Zerstäuber ist es möglich, den Brennstoffstrom, dessen Kühlvermögen erheblich größer als das der üblichen Zerstäubungsmedien ist, sehr nahe an die Stirnfläche des Düsenkopfes heranzuführen, dessen Oberflächentemperatur unter einen bestimmten Wert gehalten werden muß, wenn eine Kohlebildung verhindert werden soll, und daß der sehr kleine Querschnitt der Stirnfläche 2 die Verwendung von kleinen Mischkammern 4 .^ermöglicht iwas ; günstig bezüglich der Verbrennung und derLVerringerung des Abschirmeffekts ist, der die Hauptursache;für die Bildung von Ablagerungen und plkohlebildung ist' Außerdem besteht die Möglichkeit die Aüstrittsöffnungen der Mischkammern den Erfordernissen entsprechend anzuordnen. Es kann z. B. eine Mischkammer etwa 57 kg/h bei einem Dampfdruck von etwa 9,6 bar und einem Brennstoffdruck von etwa 6,8 bar abgeben. Der Brennstoffzerstäuber gibt dann bei 8 Mischkammern 4 bzw. Austrittsöffnungen 3 etwa 455 kg/h ab. Bei konstant gehaltenem Dampfdruck verdoppelt sich der Durchsatz, wenn ein Brennstoffdruck von etwa 10,6 bar erreicht wird. Zwar ist hier der Dampfverbrauch höher, doch beobachtet man im allgemeinen eine bessere Zerstäubungsqualität bei einem Durchsatz von 455 kg/h als bei einem Durchsatz von 910 kg/h.

Wenn es auf besonders gute Zerstäubungsqualität ankommt, ist es zweckmäßig die Anzahl der Mischkammern und Austrittsöffnungen zu vergrößern. Bei dem beschriebenen Zerstäuber führt die Verwendung von 16 Mischkammern und Austrittsöffnungen unter Anwendung der gleichen Drücke von Zerstäubungsdampf und Brennstoff zu einem Durchsatz von etwa 910 kg/h, wobei dann eine verbesserte Zerstäubungsqualität erzielt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zerstäuberdüse für flüssigen und staubförmigen Brennstoff, mit mehreren kreisförmig um die Düsenachse angeordneten länglichen Mischkammern, aus denen der Brennstoff durch ein Zerstäubungsmedium in divergierenden Brennstoffstrahlen ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammern (4) mit ihren Längsachsen in der allgemeinen Richtung der Brennstoffabgabe konvergierend und windschief zur Düsenachse angeordnet sind. _;

2. Zerstäuberdüse für Heizöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Düsenkörper (1) bis in den Bereich der Austrittsöffnungen (3) der Mischkammern (4) verjüngt

3. Zerstäuberdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Heizöl relativ nahe an die Stirnfläche (2) des Düsenkörpers (1) zu deren Kühlung herangeführt wird.