DE19542530C2

DE19542530C2 - Brennstoffzerstäuber

Info

Publication number: DE19542530C2
Application number: DE19542530A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Patz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2015-11-16
Also published as: EP0865589B1; EP0865589A1; ATE212114T1; DE19542530A1; ES2173327T3; DE59608607D1; WO1997018414A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzerstäuber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er zur Beheizung von Glasschmelzwannen mit Schweröl als Brennstoff einsetzbar ist.

Ein derartiger Brennstoffzerstäuber ist aus dem DE-GM 17 34 300 bekannt. Bei diesem Brennstoffzerstäuber, mit dem eine innige Vermischung von Brennstoff und Zerstäubermedium vor der Austrittsöffnung erreichbar ist, ist die Brennstoff-Zuführleitung koaxial um die zentrisch verlaufende Zerstäubermedium-Zuführleitung angeordnet. Nachteilig ist diese Anordnung (innen Zerstäubermedium, außen Brennstoff) bei Brennstoffen, wie zum Beispiel Schweröl, das nur bei höheren Temperaturen pumpfähig ist. Um die Pumpfähigkeit des Brennstoffs zu gewährleisten, ist bei dieser Anordnung häufig eine Begleitheizung erforderlich.

Ein Gasbrenner für Glasschmelzöfen ist aus DE 32 02 105 A1 bekannt. Bei diesem wird die Flammenlänge lediglich durch einen vor der Mündung des Brenngasrohres liegenden Stellkegel beeinflußt. Der Stellkegel kann mit Bohrungen für Druckluft versehen sein. Die in den Brennraum eintretende Strömung wird nur durch Verschieben des axial angeordneten Stellkegels beeinflußt. Eine Beeinflussung der in den Brennraum eintretenden Strömung erfolgt jedoch nicht durch Veränderung der Geometrie des in einem Düsenstein ausgebildeten Austrittsraumes.

Bei der Herstellung von Glasschmelzen sind hohe Temperaturen, insbesondere in der Flammenwurzel, notwendig, die erheblich von der dort vorhandenen Sauerstoffmenge abhängig sind. Dabei unterstützt eine hohe Sauerstoffmenge die NO_x-Bildung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gattungsgemäßen Brennstoffzerstäubers, der hohe Flammenwurzeltemperaturen mit einer geringen NO_x-Emission und zudem eine Anpassung der Flammenform an die Brennraumgeometrie ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Brennstoffzerstäuber mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst.

Bei diesem Zerstäuber, auf den das Zerstäubermedium eine kühlende Wirkung ausübt, wird das Gemisch aus Brennstoff und Zerstäubermedium im Drallkörper mit einem zur Hauptströmungsrichtung tangentialen Impuls beaufschlagt, so daß bereits mit geringen im Zerstäubermedium enthaltenen Mengen an Sauerstoff hohe Flammentemperaturen in der Flammenwurzel bei geringer NO_x-Emission erreicht werden.

Eine Anpassung der Flammengeometrie an den Brennraum ist durch Variation des Steigungswinkels der auf dem Drallkörper aufgebrachten Nuten möglich, da mit steigendem tangentialen Impuls des Brennstoffgemisches die Flammenlänge ab- und gleichzeitig der Flammendurchmesser zunimmt. Die Flammenlänge kann auch bei gleichbleibenden Massenströmen durch eine Veränderung der freien Strömungsfläche (Summe aller Nutenquerschnittsflächen) innerhalb des Drallkörpers an die Brennraumgeometrie angepaßt werden.

Nach VDI-Berichte Nr. 211, 1974, Seite 60, beträgt der Öffnungswinkel einer Freistrahlflamme etwa 20° und kann mit einem starken tangentialen Impuls bis auf 180°, bei gleichzeitig verkürzter Flammenlänge, vergrößert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. So ist die Steigung gemäß Patentanspruch 4 in Abhängigkeit von der Art des Brennstoffs und des Zerstäubermediums und/oder von der Zerstäuberleistung und/oder der Brennraumgeometrie wählbar. Unterschiedliche Gestaltungen des Austrittsraumes nach Patentanspruch 5 ermöglichen bei gleichbleibenden Massenströmen eine Anpassung der Flammenlänge durch Variation des axialen Brennstoffstrahlimpulses ebenso wie ein durch die Austrittsöffnung in den Brennraum hineinragender Drallkörper entsprechend Patentanspruch 6.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Brennstoffzerstäubers;

Fig. 2-8 Ausführungsformen des Brennstoffzerstäubers gemäß Fig. 1 mit unterschiedlich gestalteten Austrittsöffnungen.

Der in Fig. 1 dargestellte, auf die Brennstoff-Zuführleitung 10 aufgesteckte und aus zwei Bauteilen 2 und 5 bestehende Brennstoffzerstäuber wird über die Brennstoff-Zuführleitung 10, in der nicht dargestellte Ventile vorgesehen sind und die an eine ebenfalls nicht dargestellte Ölpumpe angeschlossen ist, mit einem einstellbaren, durch Vorheizung pumpfähigen Massenstrom von Schweröl versorgt. Auf die konzentrisch zu der Brennstoff-Zuführleitung 10 angeordnete Zerstäubermedium-Zuführleitung 11 wird eine Brennerkappe 13 aufgeschraubt. Mit der Brennerkappe 13 wird Bauteil 5 entgegen der Hauptströmungsrichtung auf das mit einer Dichtung 8 versehenen Bauteil 2 gepreßt, das auf die Brennstoff-Zuführleitung 10 aufgesteckt ist. Zwischen Bauteil 5 und der Brennerkappe 13 befindet sich keine Austrittsöffnung, so daß das Zerstäubermedium durch einen Ringspalt 4 an der Innenseite der Brennerkappe 13 geführt wird, bevor es durch mindestens eine im Bauteil 5 eingebrachte Bohrung entgegen der Hauptströmungsrichtung umgelenkt und anschließend in dem zwischen Bauteil 2 und 5 befindlichen halbkreisförmigen Spalt zum Zentrum geleitet und wieder in Hauptströmungsrichtung umgelenkt wird. Die Führung des Zerstäubermediums entlang der Brennerkappe 13 und durch die im Bauteil 5 eingebrachten Bohrungen als Streckenabschnitt 12 der Zerstäubermedium-Zuführleitung 11 bewirkt eine Kühlung der eingesetzten Bauteile 2 und 5 sowie der Brennerkappe 13.

Durch mindestens eine im Bauteil 2 eingebrachte Bohrung als Endabschnitt 6 der Brennstoff-Zuführleitung 10 wird der Brennstoff in einem rechten Winkel zur Hauptströmungsrichtung vom Zentrum nach außen auf die dem Zentrum zugewandte Seite des Bauteils 5 geführt. Das aus dem Spalt als einem weiteren Streckenabschnitt 7 der Zuführleitung 11 austretende Zerstäubermedium trifft unter einem rechten Winkel auf den Brennstoff. Das Zusammentreffen von Zerstäubermedium und Brennstoff erfolgt unmittelbar vor mindestens einer schraubenlinienförmigen auf einem zylindrischen Drallkörper 9 angeordneten Nut 3, die mit einer Steigung zwischen null und unendlich versehen ist. Im Drallkörper 9 wird das Gemisch aus Brennstoff und Zerstäubermedium mit einem tangential zur Hauptströmungsrichtung liegenden Impuls beaufschlagt. Eine Veränderung des tangentialen Impulses, der vom Steigungswinkel der auf dem Drallkörper 9 befindlichen Nut 3 bestimmt wird, ermöglicht eine Variation des Flammendurchmessers, gleichzeitig kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen eines stromab des nicht bis zur Austrittsöffnung reichenden Drallkörpers 9 gelegenen Austrittsraumes, zum Beispiel Laval-Düse 1, Diffusor 16, Düse 15 oder Zylinder mit einem gegenüber dem Außendurchmesser des Drallkörpers 9 verkleinerten 18, vergrößerten 17 oder gleichbleibenden Austrittsdurchmesser 14, der axiale Impuls des Brennstoffstrahls und somit die Flammenlänge beeinflußt werden.

Claims

1. Brennstoffzerstäuber, mit jeweils einer Zuführleitung für den Brennstoff und ein Zerstäubermedium, wobei die Zerstäubermedium-Zuführleitung (11, 12, 7) und die Brennstoff-Zuführleitung (10) unter einem Winkel zusammentreffen, mit einem in Hauptströmungsrichtung hinter der Stelle des Zusammentreffens liegenden Drallkörper (9) für das Gemisch aus Brennstoff und Zerstäubermedium und mit einer Austrittsöffnung für das Gemisch im Bereich des stromabwärtigen Endes des Drallkörpers (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubermedium-Zuführleitung (11, 12, 7) wenigstens in einem Streckenabschnitt (12) so ausgebildet ist, daß die Strömung unter Verlängerung des Strömungsweges entgegen der Hauptströmungsrichtung gerichtet ist, und daß auf dem Drallkörper (9) mindestens eine schraubenlinienförmig umlaufende Nut (3) ausgebildet ist, die in Richtung Austrittsöffnung führt.

2. Brennstoffzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Streckenabschnitt (12) der Zerstäubermedium-Zuführleitung (11, 12, 7) ein kreisbogenförmig ausgebildeter Streckenabschnitt (7) folgt, der auf den Endabschnitt (6) der Brennstoff-Zuführleitung (10) trifft und dessen austretendes Zerstäubermedium in Hauptströmungsrichtung gerichtet ist.

3. Brennstoffzerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkörper (9) dem Streckenabschnitt (7) der Zerstäubermedium- Zuführleitung (11, 12, 7) und dem Endabschnitt (6) der Brennstoff- Zuführleitung (10) unmittelbar nachgeordnet ist.

4. Brennstoffzerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Drallkörper (9) schraubenlinienförmig umlaufende Nut (3) eine Steigung zwischen null und unendlich aufweist.

5. Brennstoffzerstäuber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Hauptströmungsrichtung hinter der Nut (3) und vor der Austrittsöffnung ein Austrittsraum, insbesondere in Ausbildung als Laval-Düse (1), vorgesehen ist. (Fig. 2-7)

6. Brennstoffzerstäuber nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkörper (9) aus der Austrittsöffnung für das Gemisch in den Brennraum vorsteht. (Fig. 8)