DE2308470C3 - Flachflammenbrenner für einen schweren flüssigen Brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einer. Flachflamwenbrenner 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 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 Gestaltung 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 des Brennstoffes in den Trichter des Brenners stets gewährleistet sein muß. Jede anhaltende Verschmutzung (zum Beispiel durch Verkokung) des Brennerkopfes muß infolgedessen absolut 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

ίο Brennertrichters eine über weite Betnebsbereiche 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

21) Scheibe abströmt. Auf diese Weise wird durch die Primärluft eine Verwirbelung erreicht, die im Zusammenhang mit der in der Scheibe als Düse ausgebildeten Öffnung bewirkt, 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 Injek-

-i'i toraustritt kann an dieser Stelle ebenfalls keine Verschmutzung ζ. Β. 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 wei'eren 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 Austrittswinkel 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 nachgeschaltete 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 einer Ringkammer umgeben, der über Löcher Luft zugeführt wird und die über schräg nach innen gerichtete, ringförmig angeordnete Lufteintrittsöffnungen in einen sich konisch erweiternden Raum stromabwärts vom Wirbeleinsatz mündet. Die schräg zugeführte Sekundärluft soll ein weiteres Verwirbeln und Zerstäuben bzw. feineres Verteilen des Brennstoffes begründen. Das derart doppelt verwirbelte GemisLn strömt dann durch einen sich konisch verjüngenden Raum, an den sich eine trichterartige Mündung 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 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 dem 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 Mischraum nach einer erfolgten Bündelung in 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 tröpfchenweise 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 Verwirbelung ersetzt, da die Nadel an ihrem Ende unmittelbar vom Zerstäuber umgeben ist. Die bereits verwirbelten Brennstoff-Luft-Bestandteilr werden sofort anschließend durch die erfindungsgemäß ausgebildete Düse ohne Wirbeleinsatz abgeführt. Der Injektor ist von 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 ausgangsseiligen, sich ausschließlich erweiternden Trichters nach außen bewegt

Diese verschiedenen Maßnahmen, einschließlich der Luftdrehung am Nadelende des Injektors, ergeben gemeinsam einen sehr zweckmäßigen Flachflammenbrenner, 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 Zerstäubungsluft vermischt, um danach mit der Verbrennungsluft angereichen 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 Flachi'lamme oder sind relativ aufwendig sowie anfällig, was mit dem Erfindungsgegemstand vermieden wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt eines Flachflammen-Brennersund

F i g. 2 einen Längsschnitt des in den Brenner 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). Diesos 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-Sekundärluftverteiler 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 (StaM 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. 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 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, auslaDseitig abgerundete 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, daß die Injektorstirnfläche schräg in bezug auf die Injektorachse verläuft.