DE2308470B2 - Flachflammenbrenner für einen schweren flüssigen Brennstoff - Google Patents
Flachflammenbrenner für einen schweren flüssigen BrennstoffInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft einen Flachflammenbrenner für schweren flüssigen Brennstoff mit einem zylindrischen, ein in einen Injektor auslaufendes Rohr für
Brennstoff und Primärluft koaxial umgebenden Brennerkörper, der mit einer Öffnung zur Einleitung
von Sekundärluft in den mit dem Rohr begrenzten Raum versehen ist, um die Sekundärluft vor ihrem
Ausströmen in einen stromab erweiterten Trichter durch einen den Injektor umgebenden Ringspalt in w
Drehbewegung zu versetzen.
Derartige Flachflammenbrenner gehören zum betriebsinternen Stand der Technik der Erfinder.
Für Schweröl geeignete Brenner mit einer flachen Flamme erfordern eine besondere geometrische Gestal- "
tung der Zuführung des Brennstoffes und der Verbrennungsluft; diese soll zugleich das Vermischen des
Brennstoffes und des Sauerstoffes und eine gewünschte geometrische Form der Flammen für weite Betriebsbereiche gewährleisten. <>°
Diese Anforderungen sind besonders hoch, da die Geometrie des Einspritzens d«s Brennstoffes in den
Trichter des Brenners stets gewährleistet sein muß. Jede anhaltende Verschmutzung (zum Beispiel durch Verkokung) des Brennerkopfes muß infolgedessen absolut M
ausgeschlossen sein, da sie zur Änderung des Einspritzwinkels des Brennstoffes in den Trichter führen und
infolgedessen eine Änderung der Flammengeometrie
bewirken könnte.
Ferner soll durch die Injektorstellung eine Verschmutzung des Brennertrichters während des Betriebes vermieden werden. Der eingangs erwähnte Brenner
erfüllt diese Anforderungen nur unvollkommen.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, mit einfachen Mitteln einen Injektorkopf für einen Flachflammenbrenner zu schaffen, der durch Vermeidung
einer Verschmutzung des Brennerkopfes sowie des Brennertrichters eine über weite Betriebsbereiche
gleiche Flammenform gewährleistet
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Injektor eine Nadel aufweist entlang der der
Brennstoff ausströmt um sich am Ende derselben in Tröpfchen umzuwandeln, daß die Nadel von schraubenlinienförmigen Kanälen für die die Tröpfchen zerstäubende Primärluft umgeben ist und daß das Primärluft-Brennstoffgemisch durch eine stromab konisch verjüngte, auslaßseitig abgerundete Öffnung als Düse in einer
Scheibe abströmt Auf diese Weise wird durch die Primärluft eine Verwirbelung erreicht die im Zusammenhang mit der in der Scheibe als Düse ausgebildeten
Öffnung gewirkt, daß das Brennstoffluftgemisch kegelförmig aus dem Injektor austritt und danach erneut von
der in Drehbewegung versetzten Sekundärluft erfaßt wird. Die kegelförmige Flamme liegt dadurch am
konisch erweiterten Trichter an, ohne daß der Brennertrichter verschmutzen kann. Durch die hohe
Geschwindigkeit des Brennstoffluftgemisches am Injektoraustritt kann an dieser Stelle ebenfalls keine
Verschmutzung z. B. durch Verkokung auftreten, so daß auch von hier aus keine Veränderung der Flammengeometrie zu befürchten ist
Die Führung des Primärluft-Brennstoffgemisches am Injektoraustritt läßt sich dadurch verbessern, daß die in
der den Injektorkopf bildenden Scheibe befindliche Öffnung auch einlaßseitig eine Abrundung aufweist.
Weiterhin ist der Injektor in dem Trichter des Brenners derart angeordnet, daß der äußere Mantel des
zerstäubten Flüssigbrennstoffstrahls in der Nähe einer Tangente zur divergierenden und abgerundeten Wand
des Trichters liegt wobei der Strahl einen öffnungswinkel von etwa 40° besitzt.
Des weiteren kann zur Lenkung des Brennstoffluftgemisches die Injektorstirnfläche schräg in bezug auf die
Injektorachse verlaufen.
Zwar wird bei einem in der österreichischen Patentschrift 30 801 beschriebenen Brenner für flüssigen Brennstoff der Brennstoff durch einen drallbehafteten Luftstrom zerstäubt und strömt das Gemisch durch
eine auslaßseitig abgerundete Öffnung als Düse in einer Scheibe ab. Dieser Brenner soll jedoch eine lange,
schlanke Flamme erzeugen und dient insbesondere zum Befeuern von Schmelzöfen, die als Wannenöfen in
Glashütten Verwendung finden. Der Brennstoff wird über einen Injektor mit einer Nadel zugeführt, wobei
der Injektor von einem Ringspalt umgeben ist dem einerseits in axialer Richtung und andererseits in
tangentialer Richtung Primärluft zugeführt wird, die sich vor einer auslaßseitig abgerundeten öffnung als
Düse in einer Scheibe mit dem Brennstoff vermischt. Die Primärluft weist hier sowohl eine axiale als auch
eine tangentiale Komponente auf. Dadurch soll eine lange, schlanke Flamme entstehen. Zwar läßt sich durch
Dosieren des tangential einströmenden Luftanteils der Austrittswinke1 des Brennstoffluftgemisches variieren,
jedoch kann dies nur in engen Grenzen geschehen, da im Spalt zwischen dem Injektor und der Scheibe
keinerlei Luftführungsmittel angeordnet sind und aufgrund der hier vorhandenen starken Drosselung die
Drehbewegung der Primärluft abgebremst wird. Weiterhin wird keine Sekundärluft mit Drehbewegung
zugeführt so daß die Drehbewegung des aus der Öffnung in der Scheibe austretenden Brennstoffluftgemisches
bei weitem nicht ausreicht um zu einem Flachflammenbrenner zu gelangen.
Weiterhin sind aus der CH-Patentschrift 42 291 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergasen flüssiger
Brennstoffe insbesondere von Schwerölen bekannt Der Brennstoff wird hier zentral über eine Düse in feinen
Strahlen in zwei nachgeschaltele Luftwirbel zur Zerstäubung eingeblasen. Die Düse ist von Lufteinführungskanälen
derart umgeben, daß die zugeführte Primärluft in einiger Entfernung stromabwärts (in
Strömungsrichtung hinter) der Düse einen Wirbel beschreibt was mit Hilfe eines der Düse nachgeschalteten
Wirbeleinsatzes erreicht wird. Die getrennt eingeblasenen Brennstoff- und Primärluftbestandteile
sollen durch diese gemeinsame Verwirbelung innig vermischt werden.
Der ersten Wirbelzone ist eine zweite Wirbelzone nachgeschaltet Hierzu ist der in einem konisch
verjüngten Abschnitt angeordnete Wirbeleinsatz von 2r>
einer Ringkammer umgeben, der über Löcher Luft zugeführt wird und die über schräg nach innen
gerichtete, ringföimig angeordnete Lufteintriitsöffnungen
in einen sich konisch erweiternden Raum stromabwärts vom Wirbeleinsatz mündet. Die schräg jo
zugeführte Sekundärluft soll ein weiteres Verwirbeln und Zerstäuben bzw. feineres Verteilen des Brennstoffes
begründen. Das derart doppelt verwirbelte Gemisch strömt dann durch einen sich konisch verjüngenden
Raum, an den sich eine trichterartige Mündung r> anschließt.
Aus der CH-Patentschrift 42 291 ist somit zu entnehmen, zur Verbesserung der Vergasung Schweröle
in feinen Strahlen in zumindest einen, vorzugsweise zwei, Luftwirbel einzublasen, die mittels in einen 4(1
Mischraum mündender und kranzförmig angeordneter Lufteinführungskanäle und Lufteintrittsöffnungen sowie
zusätzlicher Maßnahmen hervorgerufen werden. Es handelt sich hierbei ausschließlich um eine Verbesserung
der Vergasung von schweren Brennstoffen mit 4rdem
Ziel hoher Verbrennungstemperaturen und nicht um die Ausbildung eines Flachflammenbrenners. Die
bekannte Vorrichtung ist auch nicht als Flachflammenbrenner geeignet, da das Brennstoff-Luft-Gemisch aus
dem Mischraurn nach einer erfolgten Bündelung in w einem konzentrierten Strahl in den eigentlichen
Brennraum einmündet.
Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung der Brennstoff nicht in feinen Strahlen
eingeblasen, sondern am Ende der Nadel tröpfchenwei- τ,
se angelagert, um direkt von der bereits schraubenförmig verwirbelten bzw. gedrehten Primärluft zerstäubt
zu werden. Das Einblasen und nachträgliche Zerstäuben mittels des bekannten Wirbeleinsatzes wird somit durch
eine kombinierte Brennstoffmitnahme und Verwirbe- w> lung ersetzt, da die Nadel an ihrem Ende unmittelbar
vom Zerstäuber umgeben ist. Die bereits verwirbelten Brennstoff-Luft-Bestandteile werden sofort anschließend
durch die erfindungsgemäß ausgebildete Düse ohne Wirbeleinsatz abgeführt. Der Injektor ist von μ
einem Ringspalt in einem äußeren koaxialen Brennkörper direkt umgeben, aus dem in Längsrichtung in
Drehbewegung gesetzte Sekundärluft austritt, die sich mit dem aus der Düse austretenden Gemisch unter
Aufrechterhaltung der Drehbewegung vereint und längs der Wandung eines ausgangsseitigen, sich ausschließlich
erweiternden Trichters nach außen bewegt
Diese verschiedenen Maßnahmen, einschließlich der Luftdrehung am Nadelende des Injektors, ergeben
gemeinsam einen sehr zweckmäßigen Fiachflammenbrenner, der sich äußerst gut zum Verbrennen von
schweren Brennstoffen mit der erstrebten Flachflamme eignet
Aus der DE-Auslegeschrift 11 08 840 ist ein Brenner
mit divergierender Flamme bekannt bei dem mindestens ein Verbrennungsteilnehmer mit Drall eingeleitet
wird und bei dem ein sich in Strömungsrichtung erweiternder Brennerkanal vorgesehen ist Dieser
Brenner ist aber ohne Zusatzmaßnahmen nicht als Flachflammenbrenner geeignet da die Flamme direkt in
den Verbrennungsraum ausgeblasen wird. Es wird deshalb am Ende des Brennerkanals eine mittig
geöffnete Prallwand in Form einer Ringscheibe zum Umlenken der Brenngase und der Luftrückströmung
angeordnet. Diese Prallwand soll in Verbindung mit dem Brennerkanal dafür sorgen, daß das mit einem
Drall versehene Gemisch flachflammenartig aus dem Brenner austritt Der über die Leitung zugeführte
flüssige Brennstoff wird in einem Becherzerstäuber vorzerstäubt und mit Zerstäubungrluft vermischt, um
danach mit der Verbrennungsluft angereichert zu werden.
Demgegenüber kommt die vorliegende Erfindung ohne Becherzerstäuber, Prallwände o. dgl. aus, wobei
ein äußerst wirkungsvoller Flachflammenbrenner für schwerflüssige Brennstoffe geschaffen wurde. Die
bekannten Brenner dienen entweder nicht der Erzeugung einer Flachflamme oder sind relativ aufwendig
sowie anfällig, was mit dem Erfindungsgegenstand vermieden wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen des
näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 den Längsschnitt eines Flachflammen-Brenners und
Fig.2 e;nen Längsschnitt des in den Btenner in
F i g. 1 eingebauten Injektors.
Der Flachflammen-Brenner besteht aus einem Brennerkörper 1. Im Innern dieses Körpers ist koaxial
zu diesem ein Rohr 2 zur Brennstoffzuführung angeordnet Das Rohr umfaßt eine Zuführung für
Primärluft (in F i g. 1 nicht ersichtlich). Dieses Rohr läuft in einen Injektor 3 aus. Der Brennerkörper 1 ist mit
einer Sekundärluftöffnung 4 mit einem Plattenventil 5 versehen, um die Sekundärluft in Drehbewegung zu
versetzen. Die Sekundärluft wird durch einen Ringspalt 6 freigegeben, den den Injektorkopf umgibt. Die Einheit
Brennerkörper-Brennstoffrohr-Injektor-Sekundärluft verteiler ist an einem Rohrstutzen 7 befestigt, der diese
Baueinheit verlängert und seinerseits an einem Brennerblock 8 mit einem Trichter 9 befestigt ist.
Auf das Ende des Brennstoffrohres 2 ist ein Brennerkopf-Körper 10 mit einer Überwurfmutter 11
aufgeschraubt, in deren Stirnfläche eine Scheibe 12 aus einem feuerfesten Werkstoff (Stahl oder Keramik) mit
mäßiger Wärmeleitfähigkeit eingelassen ist, um auf der Seite der Flamme eine hohe Temperatur zu erzielen.
Das Brennstoffrohr 2 umfaßt eine zentrale Leitung 13 für den Brennstoff, die von einer Leitung 14 für die
Primärluft umgeben ist. Eine von Flügeln 15 gehaltene Nadel 16 befindet sich am Ende der Leitung 13 und
koaxial zu dieser. Die die Nadel 16 umgebenden Wände der Leitung 13 bilden durch schraubenförmig angeordnete
Kanäle 17 einen Zerstäuber. Die Scheibe 12 weist in ihrem Zentrum eine konische Bohrung 18 auf, die in
eine Abrundung ausläuft, die den konischen Teil mit der Stirnfläche der Scheibe verbindet. Diese Fläche ist in
F i g. 2 als ebene und senkrecht zur Brennerachse liegende Fläche dargestellt; sie kann auch aus einem
Kegel mit sehr großem Konkav- oder Konvexwinkel bestehen. Die Bohrung 18 kann aus einem profilierten
Loch mit einer vorderen und einer hinteren Abrundung bestehen.
Die Arbeitsweise des beschriebenen Brenners ist folgende:
Der entlang der Nadel 16 ausströmende flüssige Brennstoff bildet am Ende derselben Tröpfchen, die von
dem durch die schraubenförmigen Kanäle 17 austretenden Primärluftstrahl in Drehrichtung um die Nadel
zerstäubt werden. Das somit geschaffene Luft-Brennstoff-Gemisch wird anschließend zu der konischen
Bohrung 18 geleitet, an deren Austritt es mit dem aus dem Spalt 6 austretenden Sekundärluftwirbel vermischt
wird. Die Lage des Injektors 3 in dem Trichter 9 des Brenners ist derart, daß sich der äußere Mantel des
zerstäubten Flüssigbrennstoffstrahles in der Nähe einer Tangente zum abgerundeten Teil des Trichters 9
befindet, wobei der Strahl einen Öffnungswinkel von etwa 40° aufweist.
Claims (4)
1. Flachflammenbrenner IQr schweren flüssigen
Brennstoff mit einem zylindrischen, ein in einen Injektor auslaufendes Rohir für Brennstoff und
Primärluft koaxial umgebenden Brennerkörper, der mit einer öffnung zur Einleitung von Sekundärluft in
den mit dem Rohr begrenzten Raum versehen ist, um die Sekundärluft vor ihrem Ausströmen in einen
stromab erweiterten Trichter durch einen den Injektor umgebenden Ringspalt in Drehbewegung
zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (3) eine Nadel (16) umfaßt, entlang
der der Brennstoff ausströmt, um sich am Ende derselben in Tröpfchen umzuwandeln, daß die Nadel
(16) von schraubenlinienförmigen Kanälen (17) für die die Tröpfchen zerstäubende Primärluft umgeben
ist und daß das Primärluft-Brennstoff-Gemisch durch eine stromab konisch verjüngte, auslaßseitig
abge.-undete Öffnung (18) als, Düse in einer Scheibe
(12) abströmt
2. Flachflammenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der, den Injektorkopf bildenden Scheibe (12) angebrachte Öffnung
(18) auch einlaßseitig eine Abrundung aufweist ^
3. Flachflammenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (3) in dem
Trichter (9) des Brenners derart angeordnet ist, daß der äußere Mantel des zerstäubten Flüssigkeitsbrennstoffstrahles in der Nähe einer Tangente zur «·
divergierenden und abgerundeten Wand des Trichters liegt, und der Strahl einen öffnungswinkel von
etwa 40° besitzt
4. Flachflammenbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, J5
daß die Injektorstirnfläche schräg in bezug auf die Injektorachse verläuft.
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