DE1964040C2 - Zerstäubungsbrenner für flüssigen Brennstoff mit einem Schallschwingungsgenerator - Google Patents

Description

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trittsöffnung in Form eines Sprflbkegels austritt, der sich im Zentrum des durch den ringförmigen Schallschwingungsgenerator erzeugten Schwingungsfeldes befindet, dessen Schwingungen in einem von oberhalb 3000 Hz bis ins Ultraschallgebiet reichenden Frequenzgebiet liegen, und daß die Austrittsöffnung for das weitere Druckgas innerhalb des Schallschwingungsgenerators angeordnet ist.

Durch die aufeinanderfolgende Anwendung zweier schon einzeln sehr wirksamer, an sich bekannter, Zerstäubungselnrlchtungen, nämlich eines Druckzerstäubers und eines Schallschwingungsgenerators, in Verbindung mit der konzentrisch zwischen diesen eine Strömung mit überkritischer Geschwindigkeit erzeugenden Lavaldüse können extrem feine Zerstäubungswirkungen an flüssigem Brennstoff erzielt werden und es läßt sich auch eine innige Mischung mit den gasförmigen Komponenten erreichen. Hervorzuheben ist, daß der Zerstäubungsbrenner unter den verschiedensten Betriebsbedingungen verwendet und damit den zur Verfugung stehenden flüssigen und gasförmigen Brennstoffen angepaßt werden kann. So ist es durch die Verwendung von Brenngas als Druckgas möglich, die Heizleistung des Brenners zu steigern. Bei Ausfall des flüssigen Brennstoffes ist ein Betrieb mit Brenngas allein durchführbar. Dadurch lassen sich niedrige Betriebskosten bei einem hohen Wirkungsgrad erzielen.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. J0

Ein zentrales Gehäuseteil 1 weist einen zentralen Kanal 2 für die Zufuhr des flüssigen Brennstoffes auf. Dieser zentrale Kanal 2 endet in einer zentral angeordneten Austrittsöffnung 3. Der zentralen Austrittsöffnung 3 ist eine im Einsatz 4 vorgesehene Kammer 5 vorgeschallet. in welche der unter Druck stehende flüssige Brennstoff durch tangentiale Kanäle 6 eintritt. Der Einsatz 4 und die Stellschraube 7 bilden zusammen mit dem zentralen Gehäuseteil 1 einen Fliehkraft ausnutzenden Druckzerstäuber üblicher Bauart, durch den erreicht wird, daß der Brennstoff zentral durch die Austrittsöffnung 3 in Form eines Sprühkegels austiitt.

Das zentrale Gehäuseteil 1 ist konzentrisch umgeben von einem aulgeschraubten Zwischenteil 8 und letzteres wiederum von einem äußeren Gehäuseteil 9. Das Zwischenteil 8 lsi so ausgestaltet, daß zw'schen ihm und i.lem zentralen Gehäuseteil 1 eine ringförmige Lavaldüse 10 gebildet wird, weiche die Austrittsöffnung 3 konzentrisch umgibt. Die engste Stelle dieser I avaldüse Ist mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Über Kanäle 12 kann dieser Lavaldüse Druckgas zugeführt werden. Die Abmessungen der Lavaldüse 10 sind so gewählt, daß das Druckgas mit überkritischer Geschwindigkeit aus der Lavaldüse 10 austreten kann.

Auf das zentrale Gehäuseteil 1 ist ferner das äußere Gehäuseteil 9 so aufgeschraubt, daß ein Ringkanal 13 entsteht, dem ein weiteres Druckgas über die im Gehüuseleil 1 angeordneten Kanäle 14 zugeführt werden kann. Der Ringkanal 13 geht mil seiner Druckgasaustrittsöffnung über eine Hohlkehle 15 am vorderen Ende in eine m> gegen das Zentrum gerichtete Kinwxlüse 16 über, welcher eine am vorderen Ende des Zwischenteiles 8 angebrachte, gegen die Ringdüse 16 hin offene Ringnut 17 gegenübersteht. In diese Ringnut 17 wird das aus der Ringdüse 16 mit hoher Geschwindigkeit austretende Druckgas geleitet, so c'.aß die Ringnut als Resonator wirk! und ein Schall- üd^r Ultraschallschwingungsfeld ■-'i/euiii. Dc Sprühkegel des aus der Austriitsoffnung 3 austretenden flüssigen Brennstoffes liegt damit im Zentrum des durch den Schallschwingungsgeneraior 16, 17 erzeugten ringförmigen Schall- oder Ultraschallfeldes. Hierdurch wird eine zusätzliche Zerstäubung des aus der Austrittsöffnung 3 austretenden flüssigen Brennstoffes erzielt. Weiterhin liegt aber auch die ringförmige Lavaldüse 10 innerhalb des Schwingungsfeldes des Schwingungsgenerators, wodurch eine innige Mischung der aus dem Schwingungsgenerator 16, 17 und der Lavaldüse 10 austretenden Gase erreicht wird. Wird die ringförmige Düse 10 als Lavaldüse betrieben, aus der das Druckgas mit überkritischer Geschwindigkeit austritt, so dient das Druckgas zur zusätzlichen Zerstäubung des aus der Austrittsöffnung 3 in Form eines Sprühkegels austretenden flüssigen Brennstoffes. Die bereits durch den Druckzerstäuber gebildeten Brennstofftröpfchen werden durch das aus der Lavaldüse 10 austretende Druckgas sehr stark beschleunigt. Die dabei auftretenden großen Reibungskräfte, die durch sehr hohe Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Tröpfchen und Druckgas bedingt sind, regen die Tröpfchen zu starken inneren Schwingungen an, wodurch die Kohäsion der Tröpfchen übe» ivunden und ein Zerfall der Tröpfchen in einen feinsten Flüssigkeitsnebel hervorgerufen wird.

Als Druckgas kann sowohl Druckluft als auch Druckdampf, so«ie unter Druck stehendes Brenngas verwendet werden, wodurch die Heizkraft der erzeugten Flamme gesteigert werden kann In letzterem Fall ist noch zu beachten, daß durch uie hohe Geschwindigkeit, die durch die Lavaldüse 10 erzeugt wird, im Zentrum des Sprühkegels ein Unterdruckgebiet erzeugt wird, so daß heiße Brenngase in Richtung zur Austrittsöffnung 3 zurückströmen können, und so die Zündung des Brennstoffnebels sehr günstig beeinflussen. Die Flamme sitzt dadurch sehr fest am Brenner und es wird ein Abreißen verhindert.

Der Schwingungsgenerator 16, 17 ist so ausgebildet, daß die Schwingungen des von ihm erzeugten ringförmigen Schall- oder Ultraschallfeldes im Frequenzbereich oberhalb von 3000 Hz liegen.

Der Zerstäubungsbrenner läßt sich in der verschiedensten vVelse betreiben, so daß man. wenn der Zerstäubungsbrenner zum Betrieb eines Industrieofens eingesetzt wird, folgende Möglichkeiten besitzt:

a) Betrieb mit Heizöl, das aus der Austrittsöffnung 3 austritt und Druckbrenngas, welches mit überkritischer Geschwindigkeit aus der Lavaldüse 10 austritt, und die zusätzliche Zerstäubung der Heizöltröpfchen bewirkt, sowie Druckluft oder Druckdampf, welcher aus dem Ringkana! 13 und dem Schallschwingungsgenerator 16, 17 austritt;

b) Betrieb mit Heizöl (Austritlsöffnung 3) und Druck- !uft oder Druckdampf. der mit überkritischer Geschwindigkeit aus der Lavaldüse 10 austritt, und Druckbrenngas, welches aus dem Schalischwingungsgenerator 16, 17 austritt;

c) Betrieb mit Niederdruckbrenngas (Lavaldüse 10) und Druckluft nder Druckdampf (Schallschwingungsgenerator 16. 17);

d) Betrieb mit Niederdruckbrenngas (Lavaldüse 10) und Druckbrenngas (Schallschwingun^sgenerator 16, 17)

Mit einer., derartiger Zerstäubungsbrenner kann dlsu der Betrieb einer industriellen Heizanlage, hei der neben Heizöl Brenngase zur Verfügung stehen, auch dann aufrechterhalten werden, wenn einer dieser Brennstoffe aus-

Füllt. Ferner ist es möglich, den Beirieb eines solchen Zerstäubdngsbrenners, der normalerweise nur mit Hei/öl betrieben wird, in seiner Wirksamkeit noch dadurch zu steigern, daß ein zweiler Brennstoff, nämlich Brenngas, im Betrieb mitverwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zerstäubungsbrenner für flüssigen Brennstoff mit in einem Gehäuse veriaufenden, voneinander getrennten, konzentrischen Kanälen für die Zufuhr eines Druckgases und des unter Druck stehenden flüssigen Brennstoffes mit konzentrischen Austrittsöffnungen, mit einem vor der DruckgasaustrittsöfTnung angeordneten, an dem Gehäuse festgelegten, mit einer gegen die Druckgasaustrittsöffnung gerichteten Hohlkehle versehenen Umlenkkörper, der den, aus der Druckgasaustrittsöffnung austretenden Druckgasstrom mit hoher Geschwindigkeit gegen eine zur DruckgasaustrittsöfTnung konzentrische und zum Umlenkkörper hin offene, als Schallschwingungsgenerator wirkende Ringnut leitet, sowie mit einem Kanal für die Zufuhr eines weiteren Druckgases, dessen als ringförmige Lavaldüse ausgebildete Austrittsöffnung diejenige für den flüssigen Brennstoff konzentrisch umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der zentral angeordneten Austrittsöffnung (3) für den flüssigen Brennstoff eine Kammer (5) vorgeschaltet ist. In welche der flüssige Brennstoff durch tangentiale Kanäle (6) eintritt und aus welcher der Brennstoff zentral durch die Austrittsöffnung (3) in Form eines Sprühkegels austritt, der sich im Zentrum des durch den ringförmigen Schallschwingungsgenerator (16, 17) erzeugten Schwingungsfeldes befindet, dessen Schwingungen in einem von oberhalb 3000 Hz bis ins Ultraschallgebiet reichenden I':equenzbereich liegen, und daß die Ausirittsöffnung für das veitere fruckgas innerhalb des Schallschwlngungsgenerftors (16, 17) angeordnet ist.

   Die Erfindung betrifft einen Zerstäubungsbrenner für flüssigen Brennstoff mit in einem Gehäuse verlaufenden. voneinander getrennten, konzentrischen Kanälen für die Zufuhr eines Druckgases und des unter Druck stehenden, flüssigen Brennstoffes mit konzentrischen Austrittsöffnungen, mit einem vor der Druckgasaustrittsöffnung angeordneten, an dem Gehäuse festgelegten, mit einer gegen die Druckgasaustrittsöffnung gerichteten Hohlkehle versehenen Umlenkkörper, der den, aus der Druckgasaustrittsöffnung austretenden Druckgasstrom mil hoher Geschwindigkeit gegen eine zur Druckgasaustrittsöffnung konzentrische und zum Umlenkkörper hin offene, als Schallschwingungsgenerator wirkende Ringnut leitet, sowie mit einem Kanal für die Zufuhr eines weiteren Druckgases, dessen als ringförmige Lavaldüse ausgebildete Austrittsöffnung diejenige für den flüssigen Brennstoff konzentrisch umgibt.

   Bei einem derartigen bekannten Zerstäubungsbrenner (CH-PS 4 63 677, FI g. 2. 3). der wahlweise mit flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann. Ist der Umlenkkörper zentral vor der ebenfalls zentralen Druckgasaustrittsöffnung angeordnet. Die als Schwingungsgenerator wirkenae Ringnut Ist von einer ringförmigen Austrittsöffnung für den flüssigen Brennstoff konzentrisch umgeben. Diese Ist in Ausbildung als unmittelbar an den Brennstoffzufuhrkanal anschließende, verengte Mündung ihrerseits wiederum von der ringförmigen Lavaldüse des Kanals für die Zufuhr des weiteren Druckgases umgeben, das bei diesem bekannten Zerstäubungsbrenner ein brennbares Gas ist. Durch den im wesentlichen im Ultraschallbereich arbeitenden Schwingungsgenerator wird eine feine Zerstäubung des aus der ringförmigen Austrttisöffnung austretenden flüssigen Brennstoffes erreicht. Verwendet man zusätzlich zu dem flüssigen Brennstoff oder an seiner Stelle ein über den äußeren Kanal zugeführtes Brenngas, dann wird durch das Schwingungsfeld auch eine innige Vermischung dieses Brenngases mit dem flüssigen Brennstoff und/oder dem aus dem zentralen Kanal austretenden Druckgas erreicht. Dieses Druckgas kann auch ein brennbares Gas sein, vorausgesetzt, daß der Druck für die Bildung des Schwingungsfeldes ausreicht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere bei flüssigen Brennstoffen mit hoher Viskosität die durch den Schwingungsgenerator bewirkte Zerstäubung noch nicht ausreicht, um den Brenner einwandfrei und mit hohem Wirkungsgrad betreiben zu können; denn durch die Ausbildung des äußeren Brenngaskanales ist nur die Beeinflussung der Lage und Form der sich ausbildenden Gasflamme beabsichtigt, nicht jedoch eine Verbesserung der Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes. Auch iäßt sich der bekannte Zerstäubungsbrenner nicht so universell für die verschiedensten Betriebsbedingungen verwenden und insbesondere bei Anlagen mit relativ kleiner Leistung nicht wirtschaftlich einsetzen.

   Weiterhin ist eine Einrichtung zun. Zerstäuben von Flüssigkeiten mittels eines Gases bekannt (US-PS 33 26 467), bei der die Austrittsöffnung für die zu zerstäubende Flüssigkeit zentral angeordnet und von einem Schallschwingungsgenerator konzentrisch umgeben ist Abgesehen davon, daß sich eine derartige Zerstäubungseinrichtung, falls sie als Zerstäubungsbrenner verwendet werden würde, nur zum Betrieb mit flüssigem Brennstoff und Druckgas eignet, hat diese bekannte Einrichtung den Nachteil, daß die Flüssigkeit aus dem zentralen Kanal zunächst unzerstäubt austritt. Sie kann infolgedessen durch den Schallschwingungsgenerator trotz zweistufiger Ausführung nicht fein genug zerstäubt werden, wozu noch die Nachteile hiiizutreteis, daß zum Betrieb des Schallschwingungsgenerators Rroße Mengen unter Druck stehenden Druckgases benötigt werden.

   Weiterhin ist es bekannt, bei kombinierten Öl-Gas-Brennern (US-PS 15 33 509) für die zu zerstäubende Flüssigkeit eine Düse vorzusehen, der eine Kammer vorgeschaltet ist. in welche die Flüssigkeil durch tangentiale Kanäle eintritt und aus welcher die Flüssigkeit aus einer Düse in Form eines Sprühkegeis austritt. Letzterer wird nahe der Düse ml', einem Gemisch aus Gas und Luft zusammengeführt und beim Austritt durch einen verengten Auslaß vermischt. Dies reicht jedoch nicht aus. um eine äußerst feine Verteilung des flüssigen Brennstoffes in den gasförmigen Medien und damit einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zerstäubungsbrenner für flüssigen Brennstoff der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes und seine Vermischung mit den Druckgasen, für die Brenngas, Druckluft bzw. Wasserdampf verwendet werden können, derart verbessert werden kann, daß es möglich ist. die Menge des flüssigen Brennstoffes auf etwa 10% der Vollast ohne wesentliche Beeinträchtigung der Zerstäubungswirkung herunterzuregcln.

   Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der zentral angeordneten Austrittsöffnung für den flüssigen Brennstoff eine Kammer vorgeschaltet ist, In welche der flüssige Brennstoff durch tangentiale Kanäle eintritt und aus welcher der Brennstoff zentral durch die Aus-