DE2225706B2 - Brenner fuer fluessigen brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zum Verbrennen einer Emulsion aus flüssigem Brennstoff, Wasser und Dampf bzw. einem sauerstoffhaltigen oder brennbaren Gas mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruches.

Bei einem bekannten Brenner dieser Art (DT-OS 45 443) werden einem Brennerkopf ein flüssiger Brennstoff, Dampf oder ein oxydierendes bzw. brennbares Gas und eine Flüssigkeit vorzugsweise Wasser, durch gesonderte Anschlüsse zugeführt und im Brennerkopf unmittelbar vor ihrem Austritt aus der Düsenöfinung zu einer ternären Emulsion gemischt. In einem axialen Zeritralkanal des Brennerkopfes für den flüssigen Brennstoff ist eine Düsennadel axial verschiebbar angeordnet, die an ihrem einen Ende ein Handrad und an ihrem andere Ende einen Axialschlitz aufweisenden Düsenkopf besitzt, an dem eine die Düsenbohrung durchragende Regelspitze angeformt ist. Die Zuführung des Dampfes bzw. des Gases zu der im Bereich der Düsenöffnung befindlichen Emulsionskammer erfolgt über einen direkt am Brennerkopf angeordneten Ein besonderer Vorteil dieser Brennerausführung liegt in der gemeinsamen Durchsatzsleuerung durch Verstellen nur einer einzigen Düsennadel. Darüber hinaus wird mit einem derartigen Brenner eine sehr intensive Durchmischung der drei verschiedenen Komponenten und damit eine weitgehend gleichmäßige Emulsion erzielt, was insbesondere auf die Anordnung der Emulsionskammer im Bereich der Düsenöffnung zurückzuführen ist. Durch diese Anordnung dei Emulsionskammer wird ein Entmischen der bereits gebildeten Emulsion vermieden. Aufgrund der kurzen Baulängen dieser Brenner und insbesondere der voneinander gelrennten Zuführung des Dampfes bzw. des Gases und des Wassers zu der im unmittelbaren Bereich der Düsenöffnung angeordneten Emulsionskammer ist die Kühlung insbesondere der den Brenner zum Brennraum hin abschließenden Kappe und des Brennerkopfes selbst vergleichsweise gering, so daß auch die Durchsatzleistung eines derartigen Brenners gewisse Grenzen nicht übersteigen darf. Die Kühlung der der Strahlung direkt ausgesetzten Düsenkappe erfolgt lediglich durch die im Innenraum der Kappe strömende Luft, ohne daß auch die Kühlwirkung des Wassers speziell ausgenutzt wird. Darüber hinaus werden die einzelnen Komponenten auf ihrem Strömungsweg durch den Brennerkopf nur in geringem Maße vorgewärmt.

Ferner sind Brennerausführungen bekannt (US-PS 18 23 012), bei denen ein flüssiger brennstoff, Wasser und ein gasförmiges Oxydationsmittel über konzentrisch ineinander angeordnete langgestreckte Rohrstükke zur Brennerdüse geführt werden. Eine dünne zentrale Leitung für das unter hohem Druck stehende Wasser mündet über eine Düse und mehrere Radialbohrungen eine bestimmte Länge vor der Brennerdüse in eine sie konzentrisch umgebende Brennstoffleitung, in deren Endstück dann eine Wasser-Öl-Emulsion entsteht. Diese Emulsion gelangt in eine von einer Haube begrenzte Mischkammer, der die Verbrennungsluft über ein äußeres Mantelrohr zugeführt wird. Bei diesem bekannten Brenner ergibt sich aufgrund der ineinander geführten langgestreckten Zuleitungsrohre die vorteilhafte Möglichkeit, daß die Ausmauerung der Brennräume größere Stärken aufweisen kann, ohne daß dadurch die Zugänglichkeit z. B. des Wasser-Einstellventils beeinträchtigt würde. Da die verschiedenen Medien Luft, Wasser und öl mit annähernd der gleichen Temperatur dem Brenner zugeführt werden, ist ihre Vorwärmung beim Durchströmen der von den Rohrstücken begrenzten Ringkanäle und auch die Kühlung der thermisch hoch beanspruchten Teile gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Kopf durch die Komponenten der Emulsion stark gekühlt wird, um seinen Durchsatz wesentlich steigern zu können.

Der Lösung dieser Aufgabe liegt der Gedanke zugrunde, in dem Teil des Brenners, der den höchsten Temperaturen ausgesetzt ist, eine Mischung des zugeführten Wassers und des Dampfes bzw. Gases vorzunehmen, um durch Ausnutzen der hohen Ver-

dumpfungswärme des Wassers eine intensive Kühlung der insbesondere der Strahlungswärme direkt ausge setzten Düsenkappe einerseits und des Brennerkopfes andererseits zu erhalten. Die Kühlwirkung des Brennerkopfes durch die zugeführten Emulsionskoiiiponenien kann noch durch eine um die Längsachse ues Brenners gleichmäßig verteilte Anordnung von Axialkanälen im Brennerkopf für das Wasser und das Gas erhöht werden. Diese Lösungsgedanken sind erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches verwirklicht.

Durch die wirksame Kühlung insbesondere des Brennerkopfes können die Durchsatzmengen bei einem erfindungsgemaßen Brenner in einem bisher nicht erreichten Maß erhöht werden, ohne daß dadurch die Brennergröße, insbesondere sein Durchmesser, zunimmt. So konnte beispielsweise bei einem Brenner gemäß der Erfindung mit einer Leistung in der Größenordnung von 21 M)/h der Durchsatz an flüssigem Brennstoff von 500 kg/h auf 1400 kg/h gesteigert werden, wobei sein Außendurchmesser sich von 250 mm auf nur 123 mm verringerte. Diese gegenüber einem Brenner der eingangs genannten Art wesentlich gesteigerte Durchsatzleistung ist einerseits auf die intensive Kühlung des Brennerkopies und der Düsenkappc durch Mischen des Dampfes bzw. des Gases mit dem Wasser in der radial äußeren Zone der Emulsionskammer und zum anderen auch auf die insbesondere in dieser Kammer sowie auch in dem an den Brennerkopf nach rückwärts anschließende;: Ringraum erfolgende Vorwärmung der einzelnen Komponenten zurückzuführen. Naturgemäß ist die Vorwärmung der Emulsionskomponenten Wasser und Dampf bzw. Gas in der äußeren Zone der Emulsionskammer besonders intensiv, weil die die Emulsionskammer nach außen begrenzende Kappe den. höchsten Wärmebelastungen ausgesetzt ist. Eine weitere vorteilhafte Kühlwirkung des Brennerkopfes ergibt sich noch durch das wärimeisolierend wirkende Gemisch in der äußeren Zone der Emulsionskammer. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemaßen Brenners gegenüber einer bekannten Ausführung der eingangs genannten Art liegt in der Möglichkeit, diesen Brenner auch in Brennräumen mit weit vorgezogenem Zugang einzusetzen. Besonders geeignet ist der erfindun^sgemäße Brenner daher zum Beheizen von Drehrohrofen auf Temperaturen von z. B. 1400- 1700⁰C, ohne Zerstörung oder Beschädigung der Brenner, weil sich Ansätze von Koks oder anderen Materialien nicht ausbilden können, die bei herkömmlichen Lanzen oder Rohren einen vergleichsweise häufigen Austausch notwendig machen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Ein in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellter Brenner wird im folgenden als bevorzugte Ausführungsform ausführlich erläutert.

Der dargestellte Brenner besitzt einen Brennerkopf 1, dessen rückwärtiger Teil als Rohransatz 2 ausgebildet ist. Das Ende dieses Rohransatzes 2 trägt ein Außengewinde 3, auf das ein T-förmiger Anschlußstutzen 4 mit einem seitlichen Anschluß 5 aufgeschraubt ist. Durch diesen Anschluß 5 wird der flüssige Brennstoff als eine Komponente der ternären, im Brenner erzeugten Emulsion in den Rohransatz 2 eingeführt. Der Änsehlußsiiitzen 4 ist durch einen Gewindestopfen 6 verschlossen, der von einer Düsennadel 7 durchragt wird, die sich über die gesamte Länge des Rohransatzes 2 erstreckt. An einem verdickten Kopf 8 der Düsennadel 7 sind eine Regelspitze 9 und zum Führen der S Düsennadel 7 und der Regelspitze 9 Axialkanäle 11 begrenzende Längsrippen 10 angeformt. Durch die um den KopfS verteilten Axialkanäle Il fließt der flüssige Brennstoff aus dem Rohransatz 2 in eine Emulsionskammer 12a, in der die Emulsion aus drei Komponenten

ίο gebildet wird.

Die Lage der Regelspii/e 9 in der Emulsionskairimer 12a wird durch die axiale Verschiebung der Düsennadel 7 eingestellt. Auf diese Düsennadel 7 wirkt eine Schraubenfeder 13, die sich einerseits auf einer rückwärtigen Schulter am Kopf 8 und andererseits an einer kmenschulter la im Brennerkopf 1 abstützt. Auf das ein Außengewinde 7a tragende freie Ende der Düsennadel 7 ist eine Stellmutter 14 aufgeschraubt, die sich an einer Gewindebuchse 15 abstützt. In einer

jo Ausnehmung im Endstopfen 6 sitzt eine Ringdichtung 16, die an die Düsennadel 7 durch Festziehen der Gewindebuchse 15 dicht angedrückt wird.

Auf das vordere Ende des Brennerkopfes 1 ist eine Kappe 18 aufgeschraubt, deren zentrale Di ienöffnung

2S 19 von der Regelspitze 9 durchragt wird. Die Stellung dieser Regelspitze 9 bestimmt den Durchsatz an Emulsion. Ein Umlenkverteiler besteht aus einem am Brennerkopf 1 befestigten Ringkörper 20, der in Spiralnuten 21 endet, die das Erzielen einer homogenen Mischung der unterschiedlichen Komponenten und Phasen der Emulsion gewährleisten. An einem Außengewinde 22a des Brennerkopfes 1 ist ein Mantelrohr 22 aufgeschraubt, das zusammen mit einer hinteren Scheibe 24 einen langgestreckten Ringraum 23 begrenzt. Die Abdichtung des Rohransatzes 2 in der Scheibe 24 erfolgt durch eine Stopfbuchse 25 und die fluiddichte Befestigung der Scheibe 24 an einem Ringflansch 22b des Mantelrohrs 22 durch mehrere Schraubbolzeri 26 und eine Ringdichtung. Ein Anschlußstutzen 27 dient zum Einführen der anderen Komponenten der ternären Emulsion in den Ringraum 23, aus dem diese Komponenten über Axialkanäle 17, 28 im Brennerkopf 1 in eine radial äußere Zone 12 der Emulsionskammer 12a strömen.

Bei einer ersten Brennerausführung werden Dampf oder Luft und mit Zusätzen vermischtes Wasser vor dem Einleiten in den Ringraum 23 miteinander gemischt und über den Anschlußstutzen 27 in das Mantelrohr 22 eingeführt. Aus diesem Ringraum 23 strömen die beiden vorgemischten Komponenten durch die um die Längsachse des Brenners gleichmäßig verteilt im Brennerkopf 1 angeordneten Axialkanäle 28 in die äußere Zone 12 der Emulsionskammer 12a.

Bei einer anderen Brennerausführung dient der Anschlußstutzen 27 lediglich zum Einleiten von Dampf oder Luft in den Ringraum 23. Das die dritte Emulsionskomponente bildende Wasser bzw. eine wäßrige Flüssigkeit wird durch mindestens eine im Ringraum 23 angeordnete Rohrwendel 29 und durch jeweils einen Axialkanal 17 in die von der Brennerkappe 18 begrenzte äußere Zone 12 der Emulsionskammer 12a geführt. Die Enden dieser Rohrwendel 29 sind in der Scheibe 24 in Stopfbuchsen 30 abgedichtet aufgenommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Palentansprüche:

1. Brenner zum Verbrennen einer Emulsion aus flüssigem Brennstoff, Wasser und Dampf bzw. einem ^N sauerstoffhaltigen oder brennbaren Gas mit einem Brennerkopf, der einen zentralen Brennstoffkanal und um diesen gesonderte Axialkanäle für den Dampf bzw. das Gas und das Wasser aufweist, die mit einer Emulsionskammer in Strömungsverbin- "> dung stehen, und der eine im Brennstoffkanal längs verstellbare Düsennadel enthält, in deren verbreitertem Kopf in die Emulsionskammer mündende Axialschlitze für den Brennstoff angeordnet sind, und mit einer mit dem Brennerkopf verschraubten '5 Düsenkappe, die die Emulsionskammer begrenzt und eine zentrale, durch die Düsennadel ve-stellbare Sprühöffnung aufweist, dadurch gekenn· ζ e i c h η e t, daß der rückwärtige Teil des Brennerkopfes (1) als vom Brennstoff durchströmter jo Rohransat;'. (2) ausgebildet und am Außenumfang des Brennerkopfes (J) ein Mantelrohr (22) befestigt ist, das mit dem Rohransatz (2) einen langgestreckten rückwärtig durch eine Scheibe (24) abgedichteten Ringraum (23) für die Zufuhr des Wassers und des Dampfes bzw. des Gases einschließt, und daß dieser Ringraum (23) über im Brennerkopf (1) um die Längsachse gleichmäßig verteilt angeordnete Axialkanäle (17,28) mit einer radial äußeren Zone (12) der Emulsionskammer^a^verbunden ist.

2. Brenner nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß am Mantelrohr (22) ein Anschlußstutzen (27) zum Einleiten eines Gemisches aus dem Dampf bzw. dem Gas und dem Wasser in den Ringraum (23) angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Scheibe (24) mindestens ein Anschluß für das Wasser vorgesehen ist, an den eine durch den Ringraum (23) zu jeweils einem der Axialkanäle (17) führende Rohrwendel (29) anschließt und daß am Mantelrohr (22) ein Anschlußstutzen (27) für den Dampf bzw. das Gas befestigt ist, der mit den übrigen Axialkanälen (28) in Verbindung steht.

45 Anschluß, zwei iim Brennerkopf verlaufende Axialkanäle und einen Ringraum, der von einer die Düsenöffnung erhaltenden Kappe und einem axialen Ringansatz begrenzt wird. Das Wasser gelangt über einen weiteren Anschluß am Brennerkopf und über eine im Brennerkopfansatz gebildete Ringkammer sowie über tangential verlaufende Strömungskanäle zur Emulsionskam