DE2225706A1

DE2225706A1 - Brenner

Info

Publication number: DE2225706A1
Application number: DE19722225706
Authority: DE
Inventors: Gabriel Paris. P Robic
Original assignee: Elf Union
Current assignee: Elf Antar France
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1972-11-30
Also published as: FR2139636B2; TR16823A; DE2225706B2; GB1340997A; HU166216B; AU4283172A; ZA723613B; CA957608A; IT958989B; FR2139636A2; LU65425A1; BR7203387D0; BE783886A; RO60765A; CH552174A; ES403249A1; DE2225706C3; JPS5240049B1; NL7207123A

Description

Brenner

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für das Verbrennen einer ternären Emulsion aus einem flüssigen Brennstoff, einem Dampf oder einem Gas und einem flüssigen Fluid, mit einem Hauptbrennerkörper, der an eine Rohrleitung zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs angeschlossen ist, die in einer Kammer mündet, in der die Emulsion hergestellt wird, wobei die Kammer gegenüber dem Körper durch eine "Nase" abgeschlossen ist, in deren zentrale öffnung sich eine bewegliche Regelspitze einfügt, die am Ende einer axial verschiebbaren Regelstange sitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere den energetischen Wirkungsgrad von Brennern zu verbessern, indem man es ermöglicht, wesentlich höhere Wärmeleistungen zu erzielen als bei den früheren bekannten Brennerausführungen, ohne eine entsprechend proportionale Vergrößerung ihrer Abmessungen, d.h. ihres Gewichtes zu benötigen, wodurch auch die Kosten für die Bearbeitung der Teile verringert und damit die gesamten Herstellungskosten der Brennereinrichtungen ermäßigt werden.

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Man hat bereits eine Ausführung von Brennern vorgeschlagen, die derart durchgebildet sind, daß in der "Nase" des Brenners eine ternäre Emulsion erzeugt werden kann, die aus einem flüssigen Brennstoff, einem Dampf oder einem Gas und einem flüssigen Fluid besteht, Dampf oder Gas können die Verbrennung fördern oder selbst brennbar sein; sie können auch feste Teilchen enthalten.· Das flüssige Fluid schließlich besteht aus reinem Wasser oder Wasser, das lösliche Anteile enthält, die geeignet sind, mit gewissen Verbrennungsprodukten zu reagieren. Der flüssige Brennstoff ist vorzugsweise ein reiner Kohlenwasserstoff oder eine Mischung, wie Heizöl, oder ein Restprodukt der Erdölraffinierung.

Solche Brenner haben im allgemeinen einen Hauptbrennerkörper, einen Verteiler, der in die Nase des Brenners den zu verbrennenden flüssigen Brennstoff fördert, und eine Steueraxe oder -stange, die gleichzeitig die Zufuhr des Brennstoffs und der beiden anderen Bestandteile der ternären Emulsion steuert oder regelt; diese Axe oder Stange endet in einer beweglichen Spitze, die sich in die Nase des Brenners einfügt; derartige bekannte Brenner sind dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Brennstoff durch den Verteiler in die Nase des Brenners über zunächst längs und dann radial gerichtete Nuten eingeführt wird, die in eine Emulsionskammer münden, welche sich um die Steuerspitze herum erstreckt; das verbrennungsfordernde oder brennbare Gas tritt in die Emulsionskammer durch tangentiale Spalte ein, die in dem Hauptbrennerkörper vorgesehen sind und in die sich auch die Einlaßnuten für ein flüssiges zusätzliches Fluid öffnen, das die dritte Phase für die Emulsion bildet.

Die Herstellung der ternären Emulsion in demjenigen Augenblick, dem die Verbrennung unmittelbar folgt, d.h. in der Nase des Brenners, bringt bemerkenswerte Vorteile mit sich, insbesondere

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wegen der Tatsache, daß die Emulsionsbestandteile keine Möglichkeit haben, sich wieder zu trennen; die entzündete Mischung bleibt vollkommen homogen. Außerdem erreicht man durch das unmittelbare Einlassen der drei Emulsionsfluide in eine Kammer, durch die eine bewegliche und mit genau geprüftem Profil ausgestattete Spitze hindurchführt, welche an eine axiale Betätigungsstange angeschlossen ist, nur eine einzige Regelbewegung, um den Durchsatz und die gesamte Zusammensetzung der Emulsion zu steuern.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine weitere Verbesserung der Brenner der oben erwähnten Art; durch diese Verbesserung wird unter Beibehalten des allgemeinen Auslegungsprinzips und des Betriebes der erwähnten Brenner deren Betriebsverhalten und Wirkungsgrad ganz wesentlich verbessert.

Ein erfindungsgemäßer Brenner für das Verbrennen einer ternären Emulsion aus einem flüssigen Brennstoff, einem Dampf oder einem Gas und einem flüssigen Fluid, mit einem Hauptbrennerkörper, der an eine Rohrleitung zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs angeschlossen ist, die in einer Kammer mündet, in der die Emulsion hergestellt wird, und die gegenüber dem Körper durch eine "Nase" abgeschlossen ist, in deren zentrale öffnung sich eine bewegliche Regelspitze einfügt, die am Ende einer axial verschiebbaren Regelstange sitzt, ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine den Hauptbrennerkörper umgebende äußere Hülle, die eine getrennte ZufUhrzone für den Dampf oder das Gas und das flüssige Fluid begrenzt, wobei diese Zone mit der Emulgierkammer in der Nase des Brenners über Längskanäle verbunden ist, die um die Achse der Regelstange herum in dem Hauptbrennerkörper angeordnet sind.

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Die Ausbildung einer getrennten Zone der Emulsionskammer, in der vor der Mischung mit dem flüssigen Brennstoff selbst das Einlassen der beiden anderen Emulsionskomponenten erfolgt, d.h. eines vorzugsweise verbrennungsfördernden oder verbrennbaren Dampfes oder Gases und des flüssigen Fluids, das im allgemeinen Wasser ist, macht es insbesondere möglich, den Hauptbrennerkörper bei gleichzeitigem Vorwärmen der Komponenten von ihrer Mischung mit dem flüssigen Brennstoff stark zu kühlen. Daraus folgt eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades des Brenners, der nun in der Lage ist, sehr hohe Wärmeleistungen abzugeben. Beispielsweise steigt bei einem Brenner mit einer Leistung in der Größenordnung von 5 Mill. Kalorien der Durchsatz des flüssigen Brennstoffs von 500 kg/h auf 1ΛΟΟ kg/h bei einem Heizöl, während andererseits der äußere Durchmesser der Brennervorrichtung von 250 mm auf nur 12J mm verringert werden kann.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die äußere Hülle an eine einzige Zuleitung für das Gas und das flüssige Fluid angeschlossen, 'die sich innig mischen, ehe sie über die Längskanäle im Brennerkörper in die eigentliche Emulsionskammer eintreten.

Bei einer anderen Variante ist die äußere Hülle an eine Leitung angeschlossen, die allein für das Einlassen des Gases vorgesehen ist und eine innere Rohrwendel enthält, die für das Einlassen des flüssigen Fluids bestimmt ist; die Mischung dieser beiden Komponenten erfolgt dann unmittelbar in der Emulsionskammer mit dem flüssigen Brennstoff.

Weitere Merkmale eines erfindungsgemäß ausgeführten Brenners werden sich anläßlich der Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels ergeben, das zur Erläuterung der beiden oben erwähnten Varianten bestimmt ist; dieses Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung veranschaulicht, die zwei wegen der großen Brennerlänge unter-

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brochene axiale Längsschnitte dieses Brenners zeigt.

Wie man aus der Zeichnung ersieht, hat der dargestellte Brenner im wesentlichen einen Hauptbrennerteil 1, an dessen rückwärtigem Teil eine axiale Leitung 2 vorgesehen, insbesondere angtformt ist. An dem Ende dieser rückwärtigen Leitung ist ein Außengewinde 3 vorgesehen, auf das eine T-förmige Anschlußarmatur 4 mit einem seitlichen Anschluß 5 aufgeschraubt ist; über diesen seitlichen Anschluß kann in das Innere der in Richtung des Brennerhauptteils 1 verlaufenden Leitung eine der Komponenten der ternären, in dem Brenner erzeugten Emulsion eingeführt werden, insbesondere der flüssige Brennstoff. Dieser ist in dem ganz allgemeinen Fall ein Kohlenwasserstoff, wie ein Heizöl oder ein Restprodukt der Erdölraffinierung. Die Endarmatur 4 ist an ihrem geraden Durchgangsende durch einen Gewindestopfen 6 verschlossen, durch den axial eine Steuer- oder Regelstange 7 hindurchführt, die sich über die gesamte Länge der Leitung 2 erstreckt. In ihrem dem Gewindestopfen 6 gegenüberliegenden Ende hat diese Stange 7 einen Kopf 8, der in einem kegelförmig zugespitzten Teil 9 endet, der eine Regelspitze bildet; der Kopf 8 hat Längskanelierungen oder -rippen lo, die eine Führung der Regelspitze 9 in der Achse des Hauptbrennerkörpers 1 bei einer entsprechenden Verschiebung der Stange 7 gewährleisten. Andererseits hat der Hauptbrennerkörper 1 rund um den Kopf 8 verteilt Ausnehmungen 11, die das Hindurchtreten des flüssigen Brennstoffs, der durch die Leitung 2 zugeführt wird, in den Innenraum einer Kammer 12 gestatten; diese Kammer dient zum Herstellen der Emulsion aus den drei Komponenten, welche die in dem Brenner zu verbrennende Mischung bilden.

Die Lage der Spitze 9 innerhalb der Kammer 12 wird durch die axiale Verschiebung der Stange 7 eingestellt; diese Stange steht unter der Wirkung einer Wendelfeder 13, die sich einerseits auf eine rückwärtige Schulter des Kopfes 8 und andererseits auf eine

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Innenschulter la innerhalb des Hauptbrennerteils 1 abstützt. An dem der Spitze 9 gegenüberliegenden Ende hat die Stange 7 ein Außengewinde 7a, das mit einer Mutter 14 zusammenwirkt, die ein Festlegen der Stangenstellung über einen Gewindenippel 15 gestattet, der in den Gewindestopfen 6 derart einschraubbar, ist, daß er eine Ringdichtung 16 zusammendrückt, die an der Stange 7 außen anliegt und mit dem Gewindestopfen 6 die Armatüröffnung dicht abschließt. Der Hauptbrennerkörper 1 hat auf seiner äußeren Oberfläche ein Außengewinde 17, auf das eine die Brennernase bildende Haube l8 aufschraubbar ist, diese Haube 18 hat eine zentrale öffnung 19, durch welche die Spitze 9 hindurchragt, deren relative Verschiebung bei einer entsprechenden Betätigung der Stange 7 den Durchsatz an Emulsion regelt oder steuert, der aus dem Brenner austritt. Schließlich ist innerhalb der Kammer ein Umlenkverteiler eingebaut, der aus einem Ringkörper 20 besteht, der an dem Hauptbrennerkörper 1 befestigt ist und in Schrauben- oder Spiralnuten 21 endet, die das Erzielen einer homogenen Mischung der unterschiedlichen Komponenten oder Phasen der Emulsion gewährleisten.

Gemäß der Erfindung hat der oben geschilderte Brenner eine äußere Hülle 22, die auf das Gewinde 22a an dem rückwärtigen Ende des Hauptbrennerkörpers 1 aufgeschraubt ist und zwischen diesem Hauptbrennerkörper, der inneren Fläche der Hülle und der äußeren Fläche der Leitung 2 eine Raumzone 23 begrenzt, die durch eine Endplatte 24 abgeschlossen ist, welche das Ende der Hülle dicht abschließt. Das Hindurchführen der Leitung 2 durch die Endplatte 24 erfolgt durch eine Stopfbuchse 25, während die Befestigung der Endplatte 24 an einem einstückig mit der Hülle ausgeführtem Flansch 22b durch Spannschrauben 26 und eine Dichtung erfolgt ist. Außerdem ist an der Seiten- oder Umfangswand der Hülle 22 ein Anschlußstutzen 27 vorgesehen, der das Einführen der anderen Komponenten der ternären Emulsion in die Raumzone 23 gestattet, aus der sie zur Emulsionskammer 12 des Brenners strömen.

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In einer ersten Ausführungsvariante werden die beiden anderen Komponenten, die aus Luft und reinem Wasser bestehen oder gewisse Zusätze enthalten, die beispielsweise der Art des Brennstoffes angepaßt sind, vorher miteinander gemischt und dann über den Anschlußstutzen 27 in die Zone 23 eingeführt, aus der sie unter Durchströmen des Hauptbrennerkörpers in Richtung, auf die Emulsionskammer 12 über oder durch die Längskanäle 28 gleichmäßig um die Leitung 2 herum in dem Hauptkörper 1 fließen. Bei einer anderen AusführungsVariante dient der Anschlußstutzen 27 lediglich zum Einführen der Luft in die Raumzone 2j5; das Wasser oder allgemeiner ein geeignetes flüssiges Fluid, das die dritte Komponente der Emulsion darstellt, wird über zumindest eine Rohrwendel, wie 29, durch eine oder mehrere der Axialkanäle 28 hindurchgeführt; die Enden dieser Wendelrohre durchsetzen die Platte 24 in Stopfbuchsen wie 30.

Ganz unabhängig von der jeweils benutzten Variante werden die beiden zusätzlichen Phasen der Emulsion, welche der Brenner verbraucht, dem Brenner in einem Bereich zugeführt, die sieh sehr weit hinter dem Hauptbrennerkörper 1 befindet und infolgedessen auch weit entfernt von der Emulsionskammer 12 liegt; dies gestattet es, den Brennerkörper wirksam zu L^hlen und einen besseren energetischen Wirkungsgrad des Brenners zu erzielen,, Diese Anordnung gestattet überdies einen Wiedergewinn an Energie durch Aufheizen der beiden Phasen (Luft und Wasser) während ihres Hindurchfließens durch den Brenner in der Weise, daß sie sich nach Durchfließen der Längskanäle 28 mit dem flüssigen Brennstoff (Heizöl) in der Kammer 12 bei einer Temperatur mischen, die in der Nähe der Temperatur dieser dritten Komponente liegt; dies bedeutet ebenfalls eine bedeutende Verbesserung der Betriebsbedingungen des Brenners. Schließlich gestattet die erfindungsgemäße Anordnung das Einbauen des Brenners in Brennräume mit weit vorgezogenem Zugang und insbesondere in Drehrohröfen zum Beheizen von mineralischen Produkten bei hoher

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Temperatur (H¹CO bia 1700⁰C)₅ ohne irgendeine Zerstörung oder Beschädigung des Brenners herbeizuführen, und ohne infolgedessen häufige Änderungen der Rohre oder Lanzen für das Einführen des Brennstoffes nötig zu machen, die beispielsweise durch Ansatz von Koks oder aus irgendwelchen anderen Gründen verstopfen können,,

Selbstverständlich sollte es klar sein, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die einzigen oben beschriebenen Einzel-Beispiele begrenzt ist; sie umfaßt auch alle naheliegenden Varianten*

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Claims

Patentansprüche

j Brenner fur das Verbrennen einer temären Emulsion aus Vinem flüssigen Brennstoff, einem Dampf oder einem Gas und einem flüssigen Fluid, mit einem Hauptbrennerkörper, der an eine Rohrleitung zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs angeschlossen ist, die in einer Kammer mündet, in der die* Emulsion hergestellt wird, wobei die Kammer gegenüber dem Körper durch eine "Nase" abgeschlossen ist, in deren zentrale öffnung sich eine bewegliche Regelspitze einfügt, die am Ende einer axial verschiebbaren Regelstange sitzt,' ge kennzeichnet durch eine den Hauptbrennerkörper (1) umgebende äußere Hülle (22), die eine getrennte Zuführζone (2^) für den Dampf oder das Gas und das flüssige Fluid begrenzt, wobei diese Zone mit der Emulgierkammer (12) in der Nase (18) über Längskanäle (28) verbunden ist, die um die Achse der Regelstange (7) herum in dem Hauptbrennerkörper angeordnet sind.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hülle (22) an eine einzige Zuleitung für Gas oder Dampf und das flüssige Fluid anschließbar ist, die sich innig mischen, bevor sie in die Emulgierkammer (12) durch die Längskanäle (28) des Hauptbrennerkörpers (1) eintreten.
3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hülle (22) an eine für das Einführen des Gases oder des Dampfes allein bestimmte Leitung anschließbar ist und zumindest eine interne Rohrschlange oder Rohrwendel (29) enthält, die besonders für das flüssige Fluid vorgesehen ist, wobei "die Mischung des Gases oder des Dampfes oder des flüssigen Fluids unmittelbar in der Emulgierkammer (12) mit dem flüssigen Brennstoff erfolgt.

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