DE1751648A1

DE1751648A1 - Brenner

Info

Publication number: DE1751648A1
Application number: DE19681751648
Authority: DE
Inventors: Straight Jun Harry F; Buchanan William L
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1967-08-29
Filing date: 1968-07-04
Publication date: 1971-08-05
Also published as: SE386502B; GB1234455A; DK142822C; DE1751648C2; US3476494A; NL166114B; DK142822B; NO121231B; FR1584392A; NL166114C; NL6812292A

Description

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E350 REuSAROE AMD SWGIIiEERIHG COHPALiT, Elizabeth, IT.J. / USA

Brenner

Dis Erfindung besielit sich auf einen Virbelbreimer, der eine Verbrennung mit "blauer Plamme" oder eine praktisch "flammenlose" Verbrennung bei minimalem Luftüberschuß hervorruft .

Erfindungsgemäß soll eine !Crennerkonstrulction geschaffen v/erden, die für eine erhöhte Wärmefreirabe pro liinheitsvolumen Brennraum sorgt und einen hohen Stabilitätsgrad unter Erzeugung eines Minimum an Pulsationsgeräusch hervorruft. Auch ist Gegenstand der Erfindung eine V/irbeieinlaß oder -induktionskammer, die einen maximalen Wirbeleffekt bti minimalem Druckabfall hervorruft.

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Erfindungsgemäß ist eine zylindrische Brennkammer mit keramischer Auskleidung mit einer Luitinciuktionskammer an einem änäe sum Einführen von Wirbelluft und einer fluiden Brennst off mischung versehen. Die Luftzuführkaminer besitzt ixa wesentlichen gleichförmigen zylindrischen Durchmesser und entspricht im Durchmesser der ^άηίαίί öffnung der Verbrennung skaamer und ist mit einer Vielzahl von tangentialdüsen über den Umfang versehen. Luftdruck wird in die Luftinduktionskammer hineingedrückt, die die Sangentialdüsen umgibt und tritt in den liirbelstutaen tangential ein und ruft einen inneren Luftwirbel hervor. 3ei Bewegung des Wirbels in die Verbrennungskammer ist „assen Expansion zu einem größeren Durchmesser der Verbrennungskammer dadurch gesteuert, daß eine Winkexverstärkung an der Basis der Verbrennungskammer vorgesenen ist. !Der eingeschlossene Winkel der Kckverstärkung ist im wesentlichen der gleiche wie der Divergenswinkel des von der Brennstoffdüse abgegebenen BrennstoffStrahls, die im wesentlichen in der Ebene des Einlasses zur Verbrennungskammer liegt. Auf diese Weise wird die Flammenstabilität erhöht und die Wirbelbewegung der in die Brennkammer eintretenden Luft verlängert. Darüberhinaus sorgt das Vorhandensein der Bckverstärkung an diesem kritischen Bereich der Verbrennungskammer für eine erwärmte Oberfläche, die das Verdampfen des Brennstoffes unterstützt. Das Einspritzen des

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ORiGlNAL

.Brennstoffes in ciie Verbrennungskammer unter einen: Diver- £c,isviiikel ejitspree iena dem DivergensY/inkel eier ^ckverstärlzuiifi Dringt c.eii .raiinstoi'.t an eine ,Stelle, \:o er unmittelbar mit sr ..irsuucnaie eines optimalen "blane-Jlamae"-Zustandes verbrennen team. Das Ziel, eine X)n?:edvüi? optimaler YerbremiuiivT iiorvorsuruien, hat zu einem Brenner ait extrem holier iiaraefreirr.be pro Volumeneinlieit an Verbrennungsraum -gefülirt, wobei die jflamme hochstabil ist und daher nur ein minimales Geräusch erzeugt. Die G-eräuschbekämpiiuig: bnw. —lercasetsunr ist von erheblicher V.^ricnti^- keit bei luremiarii uit einen Leistungsvermögen in der Grb'Jeiiordnuiir: von 11 - 13 :z 10° kcal (:;0 Lillicnen "3I¹U) ^r..^rc.rnexreigE,be t:z:q stunde.

Durch die erfindtmrrsgemäße Maßnahme uird somit ein A^Terbesserter Jfluidbreimer geschaffen.

Auch richtet sich die Erfindung somit auf einen Wirbelbrenner mit einem Luftinduktionssystem, das einen minimalen Druck abfall gegen die zugeführte Eintrittsluft aufweist.

Darüberhinaus ist die erfindung3gemäße Verbrennungseinrichtung hoch Terläßlich, wirtschaftlich herzustellen und einfach in der Auslegung und liegt im Geräuschpegel niedrig.

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^eispielsv/eise Auei'ührungsformen der Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

i'lrruir 1 teilweise im Schnitt eine Ausfiüirun_t;siomi der jJriindung l^ngs der Linie 1-1 in llgur 2 zeigt;

i'igur 2 ist eine 3tirnansicht, teilweise in Schnitt, rings der Linie 2-2 in Figur 1;

]>lgur 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in i'igur 1;

llgur 4 ist eine Stirnansicht der Luftinduktionskammer längs der Linie 4-4 in I'igur 3;

Pigur 5 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausrührungsform einec Luiteinlaßstutzens ns-ch der Erfindung;

I'igur 6 ist eine Darstellung ähnlich I'igur 1 und zeigt eine modifizierte Ausführungsform dei Erfindung; und

llgur 7 ist eine perspektivische Darstellung ähnlich ijlgur b und zeigt eine andere Ausfiihrungßform des Lufteinlai3stutzens.

In den Zeichnungen ist ein allgemein mit 10 bezeichneter !Brenner in einer an sich bekannten Ofenwandung 12 durch einen Ringflansch 20 gelagert. Eine dünne Schicht einer Asbestdichtung 22 wird verwendet, um den Spalt zwischen der öffnung in der Ofenwand und dem Außendurchmesser des Brenners 10 abzudichten. Der Ofen, von dem die Wand 12 lediglich einen Teil bildet, soll einen mit 14 beneichne-

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ten ^rernikammerbereich aufweisen. Der Brenner 10 umfaßt einen ürennkammerbereich 16, der durc'ti einen metallischen Außenuiantel 13 umgeben ist. Das Innere der diirch den Außenmantel 18 gebildeten Verbrennungskammer bildet eine Vielzahl von Schichten 24 aus feuerfestemiwärmeisolierenden Material. Die innerste feuerfeste Schicht 24 weist eine Eckverstärkung bzw. einen konischen Uodenteil 26 auf, der die Luft- und Brennstoffeinlaßöffnung 27 an der Viasis der Verbrennungskammer 16 umgibt.

Das Luft- und Brennstoffeinlaßende 50 des Brenners 10 umfaßt eine mit üblichen Einrichtungen an einen Flansch 34 des Außenmantel3 18 befestigte Stirnplatte 32. Eine LuftwirDol-Msenkammer bzw. ein Stutzen 53 ist an der Innenflüche der Stirnplatte 52 durch eine Schweißung 42 befestigt. Der Luftwirbelstutzen 38 reicht von der I^Jlatte 32 quer und durcii eine Luftspeicherkaiiraer 36 in die Einlaßöffnung 27 der Verbrennungskammer und endet in der Nähe einer konischen Eclrverstärkun^ 26. Das offene Ende des inneren Wiruelstutzen3 33 ist in der Brennkammeröffnung 27 durch einen ilinrs eines geeigneten Diohtringes 23 getraren, der aus Asbest oder einem anderen ähnlichen Material bestehen kann.

Insbesondere die Einzelheiten der Figuren 2_t A uuri ;'■ :;oircu die Konstruktionsmerkmale des Luftwirbel-Düsenstutzens 3b,

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SADORJGtNAL

die ohne weiteres erkennbar sind. Der Stutzen i>ä weist eine Vielzahl von tangentialen Einlaßdüsen 40 auf, denen Druckluft von einem geeigneten nicht-dargestcllten Gebläse zugeführt wird, das mit dem Lufteinlaßflansch 41 in Verbindung stellt. Die durch die Düsen 40 strömende Verbrennungsluft ist mit einer Wirbel- oder Verwirbelungsbewegung um die Innenwände des Stutzens 58 beaufschlagt und expandiert somit in das Einlaßende der Verbrennungskammer. Das Innere des Stutzens 38 umfaßt ein Brennstoffdüsenträgerrohr 44 mit einer Vielzahl von Kopfschrauben 46, die um dieses herum und außerhalb der Stirnplatte 52 in Abstand angeordnet sind. Diese Schrauben 46 sind so angeordnet, daß eine Brennstoffsprühdüse, wie sie allgemein $bei 43 dargestellt ' ist, ohne weiteres axial qo einstellbar ist, daß die 3)bene der Auslaßöffnungen in Beziehung zu den Divergenzdüsenwinkel in optimaler Stellung relativ zu Winkel und Stellung der Eckverstärkung 26 für die wirksamste Verbrennung einstellbar ist. Das innere Ende des Brennerrohres 44 wii'd von einem konischen Luftkammerkonus 50 getragen, der eine Vielzahl durchgehender öffnungen 52 umfaßt. Der Konus 50 stützt in wirksamer Weise das innere Ende des Ilohres 44 ab und hindert die heißen Verbrennungsprodukte gleichzeitig daran, sich unter Rezirkulation zur flamme in der Verbrennungskammer am Ort, wo der Konus angebracht ist, vor-

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beisubewegeii, Tim wirksam den hinteren 'Teil des Brenners zu schlitzen.- Aiii der Außenwand der Verbrennungskammer 16 ist ein üchauloeli 54 angeordnet, durch das die Brennkammer beobachtet werciou keim." Sine ähnliche Inspektionseinrichtimc ist in der llückplatte 52 angeordnet, die es erlaubt, die !Flamme in jäizialri-ch-tung zu betrachten. Die Beobacliung der Plamme durch das Schauloch 54 in der hinteren Platte erfolgt über Öffnungen 52 im Konus 50, die" einen ausreichen-" den Durchmesser, uu eine solche Beobachtung-zu. ermöglichen, aufweisen. - . ' .

Jede der Binla"düsen 40 mit laiigentialflache umfassen ein Paar von 'benachbarten senkrechten Seitenwänden 56 sowie ein Paar konvergierender. Seitenwände 53, die ebenfalls einander benachbart sind. Auf diese Weise resultiert durch die Einlaßdüsen 40 ein minimaler Druckabfall und, in Kombination mit dem im wesentlichen konstanten und gleichförmigen Durchmesser des Stutzens 58 ist ein Brenner erfindungsgemäß vorgesehen, der extrem niedrige Leistungsanforderungen bezüglich der !Einlaßluft sowie einen hohen Yerbrennungsvarkungsgrad aufgrund der optimierten Lage des Brennstoffdüsenstrahles relativ zum ^expandierenden 'Wirbel der Verbrennungsluft aufweist. Insbesondere soll darauf hingewiesen werden, daß der-Düsenkegel'des vom Ende des Verbrennungsrohres 48 abgegebenen Brennstoff im'wesentlichen

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der gleiche wie der zwischen dem Uirlcel-Iiclnrerstär stück 26 eingeschlossene Winkel ist. Vorzugsweise werden die !."inkel von Brennstoffdüse und Konus in einem Bereich zwischen 90 und 100° gehalten.

De?-' konische Boden dieses Winkelstücks trii-gt in merklicher "eise sur Verbrenimngsstabilität "bei und formt die Brennst off -Luft strahlen und verlängert, die wirbelbewegung der in die Brennkammer eintretenden Luft. Zusätzlich hindert ds,s Konuseekverstärkungsstück 26 einen übermäßig verwirbelten Luftstrom, der aus der Luftkammer austreten kann, daran, in einen zu großen \;inkel au expandieren, was zu einer schlechten .Irennetoii'-jjui'tverniicchung führen würde. Anders ausgedrückt, das L'ckstiick 26 bietet eine ooere G-rense für den Divergenswinkel, den die aus dem Stutsen 3?2 austretende '«(^rirbelluft annehmen kann. Dieses Merkmal in Kombination mit dem konstanten Durchmesser und dem kleinen.Durchmesser des Lu:.:teinlaßstutzens 33 sorgt für einen neuen und verbesserten brenner mit wesentlich verbesserten Yerbfenigs eigens chaften.

In den Figuren 6 und 7 ist eine modifizierte Ausführungsform eines Brenners offenbart. Teile mit ähnlichen Funktionen sind ähnlich bezeichnet worden und werden daher nicht erneut beschrieben. Der Brenner nach den Figuren 6 und 7 weist

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eine modifizierte ^: iiuf tverwirbBlungskammer 60 mit einer Vielsaiii", nicht-konvergenter tangentialdüsen 52 auf. Die· Querscnnittsflache der Düse 62 bleibt gleichförmig. Auf diese ¥eise ist, während ein geringfügig höherer Druckabfall auftreten kann, als beim Konvergenzquerschnitt der Figuren 4 und 5 der ersten Ausführungsform, dieser modifizierten Düsenauslegung eine höhere tangentialgeschwindigkeit augeordnet. Die Verbrennungskammer 16 des Brenners nach Figur 1 umfaßt eine verengte Auslaßdüse 68, die durch eine vergrößerte und konvergierende Dicke des'zusätzlichen.feuerfesten, bei 64 gezeigten Materials definiert ist. Auf diese Weise werden höhere Auslaßgeschwindigkeiten der Verbrennungsprodukt e erhalten, als dies durch die niclit-gedrosselte Auslaßöffnung der Verbrennungskammer 16 nach Figur 1 der Fall wäre... Vorzugsweise ist der Durchmesser der AustiLtit.tsöffnung 68 kleiner als die Hälfte der Axiallänge des konvergierenden Seitenwandteiles der Verbrennungskammer 16, wobei der letztgenannte Seil den düsenbildenden Absc-mitt des Brenners bildet. Dieses Verhältnis von Durchmesser au Länge stellt sicher, daß ein vrahl definierter stabilster Strahl von Verbrennungsprodukten in die benachbarte Übertragungskammer 14 für die Ofenwärme eingeführt wird.

; Patentansprüche

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Claims

- ίο - .

Ί.^" Brenner für fluiden Brennstoff mit einc-r feuerfest ausgekleideten zylindrischen Brennkammer, äie mit einem kreisförmigen Auslaß an einem Lncle zur ^o'.^be der Vei-urennung.sprodukte und mit einem kreisförmigen Uinlaß ati anderen Bnde der Kammer zum Einführen des fiuiden Brennstoffs zusammen mit ¥irbelluft verseilen ist, gekermzeichnet durch, eine Lufteintrittseinrichtung, die mit dem Einlad (30) sum Einführen von Luft in ?crm einss j6cpiralxörmigen "i/irbels in die Brennkammer vertun^ λ Ιετ, vobei die Binführungseinrichtung ans sinem lilngliche^. zylindrischen Stützen (53) im wesentlichen gleichförmig en !Durchmessers üoer dessen Mn-je besteht, der im Durchmesser i:u wesentlichen dem Durchmesser des Einlasses entspricht, und durch eine "Vielzahl am Umfang im Abstand angeordneter tangentialer Binlaßkanäle (40) zum Einführen von luft zum Stutzen (3S).

2.) Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai. die Sinlaßkanäle im wesentlichen gleichförmigen rechteckigen Querschnitt aufweisen. :

3.) Brenner nach Anspruch 1, daiidurch gekennzeichnet,

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daß die Kanäle sich verjüngenden Hechteckcuerschnitt aufweisen. ' /

-;-.) BrennorGinri-chtuiir nach Anspruch/ 1, gekennzeichnet durch eine ^reiinstorüfdüse, die konzentrisch nit der ^.chse des -3 tut sens, ist un:l eine aireroente ALislaisstralilöiznung ■aufweist, die-in 'wesentlichen in o.ei· iürch 'cleii-Izreisi'örnin-si Uiiilaii. sum. "'"iiiispitsen des loremistcffs in die 7erljrGmran~sl:animer ^ehildeten :-ioQHQ lie^tj und durch eine Zireisförcii^e ]:oiiisciie. liokrerstLirlrixnc; in der 7eroreniiun™skamiiier in der liähe und uri den 3-reisxörmicen :3inla'B herum, wobei der eingeschlossene Winkel der EclzTerstärliLuig im λ-re-sentliolien der gleiche wie ^:de:: Divereensvmalcel des Üreinistoi'-strahls aiis ■ der Sprühöffnun:: ist. ■ :. ■.-"'-■■

D.); 3remier nccli Einspruch 4» gekennseichnet durch eine ringförmige Platte mit einer Vielzahl -durchgehender, öffnungen zwischen der Brennstoffdüse und dem länglichen zylindrischen. Stutzen,- um su verhindern, daß die Flamme sich von der Verbrennungskammer entlang der Platte nach hinten ausbreitet.

6.) Brenner nach Anspruch -5, dadurch gekennzeicimet, daß der kreisförmige Auslaß der Verbrennungskammer einen

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Du.^c "..niese er kleiner eic der i. a:: ir^j-diirc: Mesner der V'erbrennuiv £/caraiGr auv'v7e:.st, covp.rt, da' die Austrittsgesc.nvirn:'.!:- l:e:.t de:; cug ;'.o:; TGr.uicnn'u.ngskE.an.e... austretenden YerorencprodulrGC ve:?^:.o.'-'Grt wird.

Y.) .:-;c:.iiioj: :ι.λολ jJispruch 4, dadurch gekennzeiciinet, da/„ do:? sin. gel; ^l c? ecu ο V-i.;-.kel der . ckverstllrkung im we sent li<:i:en 90 bis IjO⁰ üet::;,rt.

ü. ) .'"re.ar.·::: iirx"· A^3:"::'uch 1, dcdur.oh roJcenn^oicdanst, ■-.di ein ieil do:: iiuicrcn oeiten\-/:^:.ndc de:.· Vc^o }:c.Dner nach innca untc:·: .--iidun^· ciiisc '-•trc'ili sc-.üiitoGC £:uDC^!:nv:e.ui:.^:.uit, der in de::¹ ■ Ici-eisrörmi^en Ausla/-.ui'±'nun· endet, uoboi der ^vuiclmesGer des A kleine:: als :.ij . ■ der J^riallän^e dec .Stra sclinittec ist, do::rrt, daß ein ^enau aucj-ebildeter^' und stabiler Strahl von Verbrennungsprodukten gebildet wird

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