DE2430433C2 - Zerstäuber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft gattungsgemäß einen Zerstäuber nach der FR~PS 11 42 247.

In dieser Druckschrift ist ein Brenner beschrieben, der einen rohrförmigen Körper, einen regulierbaren Ventilstößel mit einem Ventilteil und eine Wirbelkammerdüse in dem Ventilteil enthält. Bei diesem bekannten Brenner veranlaßt der Ventilteil die Bildung einer dünnen Brennstoffschicht Die Zerstäubung des Brennstoffs erfolgt durch eingedüstcn Zerstäubungsdampf und wird außerdem durch Luft gefördert, die durch den Ventilstößel usid die Wirbelkammerdüse hindurch eingeführt wird. Die Luft dient auch zur Unterstützung der vollständigen Verbrennung des Brennstoffs.

Der bekannte Brenner ist für die Teilverbrennung von Brennstoff in insbesondere g: jßen Mengen weder bestimmt noch geeignet Hierbei ist insbesondere störend, daß Luft beigemengt wird, wodurch die Verbrennung des Brennstoffs — im Sinne der letztgenannten alternativen Zielsetzung ungewünscht — stark unterstützt wird. Bei Betrieb des bekannten Brenners tritt außerdem der Nachteil auf, daß sich der Reaktionsraum bei Unterbrechung der Versorgung mit Flüssigkeit unter Druck abkühlt. Infolgedessen muß bei einer Wiederaufnahme des Betriebs zunächst erst der Reaktionsraum wieder bis auf Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Dadurch kommt es zu ungewünschten Zeitverzögerungen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Zerstäuber zu schaffen, der für die Teilverbrennung großer Brennstoffmengen geeignet isi und für den Fall einer Betriebsunterbrechung im Reaktionsraum diesen in betriebsbereitem Zustand hält.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Hilfswirbelkammerdüse an einer separaten Betriebsstoffversorgung angeschlossen ist.

Der erfindungsgemäße Zerstäuber ist besonders einfach aufgebaut Die Zerstäubung findet nur mittels des Ventilteils statt, so daß die zusätzliche Zuführung von Zerstäubungsdampf nicht mehr erforderlich ist. Der Zerstäuber wird vorteilhaft zur partiellen Verbrennung eines Brennstoffs verwendet.

Nach der Erfindung wird durch den Ventilstößel und die Hilfswirbelkammerdüse hindurch Brennstoff geführt. Mit dieser Hilfsdüse wird ein Sprühnebel von Brennstoff erzeugt, der die Endstirnfläche des Ventilteils gegen die starke Hitze abschirmt, welche durch die Teilverbrennung von Brennstoff entsteht, der aus der Ringschlitzdüse austritt. Auf diese Weise wird die Endstimfläche verhältnismäßig kühl gehalten, und es treten daher daran keine größeren Ausbrennungen auf. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Zerstäubers besteht darin, daß mit ihm im Fall von Betriebsunterbrechungen der Reaktionsraum durch die Verbrennung von Brennstoff, der aus der Hilfswirbelkammerdüse ausströmt, warm gehalten werden kann, z. B. wenn Inspektionen durchgeführt werden oder wenn kein Gas produziert werden soll. Letzteres kommt

ίο häufig bei der Synthesegasproduktion bei Elektrizitätswerken vor, bei denen zum Teil nur während der Spitzenbelastungszeit Gas produziert werden soIL Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zerstäubers kann die Anlage betriebsbereit gehalten werden und ist ohne Zeitverzögerung bei Bedarf einsetzbar. Die separate Betriebsstoffversorgung stellt auch in Form einer Mindestversorgung eine Sicherheit für den Fall dar, daß an den Hauptzufuhrleitungen Erneuerungs- bzw. sonstige Arbeiten durchgeführt werden müssen.

Für diese Zwecke ist der erfindungsgemäße Zerstäuber vorteilhaft ausgestaltbar. Vorzugsweise ist das Ventilteil konisch ausgebildet und formt zusammen mit dem rohrförmigen Körper eine kreisringförmige Ringschlitzdüse. Der Querschnitt der Ringschlitzdüse kann aber z. B. auch oval oder rechtwinklig sein. Insbesondere ist der Konuswinkel, der aus dem geometrischen Ort der Punkte gebildet wird, die auf der Längsachse der Ringschlitzdüse liegen, vorzugsweise größer als 80°. Ein so gebildeter kurzer und eher flacher Sprühkegel weist

jo den Vorteil auf, daß die Länge des Reaktionsraumes, der benötigt wird, am den geforderten Grad der Verbrennung zu erreichen, auf ein Minimum gebracht ist

Der Zerstäuber weist auch gute Mischeigenschaften auf, die sicherstellen, daß nicht etwa eine örtlich stöchiometrische Verbrennung eintritt, die zur Überhitzung der Anlage führen könnte. So wird der aus der Ringschlitzdüse ausgespritzte Brennstoffnebel mit dem sauerstoffhaltigen Gas schnell und innig vermischt und wirksam teilverbrannt, wobei eine große Gasausbeute und wenig Ruß erzeugt werden. Die Erfindung ist aber nicht auf Sprühkegelwinkel von mehr als 80° beschränkt. Es können durchaus in besonderen Anwendungsfällen kleinere Sprühkegelwinkel gewählt werden.

Zweckmäßig ist der Konuswinkel, unter dem der

Brennstoff die Hilfswirbelkammerdüse verläßt wesentlich spitzer als der Konuswinkel, unter welchem der Brennstoff die Ringschlitzdüse verläßt Auf diese Weise wird verhindert, daß der Brennstoff aus den beiden Düsen schnell gemischt wird und sich keine Schutz schicht vor der Endstirnfläche des Ventilteils ausbilden kann.

Besonders vorteilhaft können mit dem erfindungsgemäßen Zerstäuber flüssige Brennstoffe, wie z. B. schwere oder leichte Erdölfraktionen, Schieferöl und Teersandöl oder Gemische pulverisierter kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, z.B. Kohle, Koks, Ruß oder Braunkohle, mit Flüssigkeiten, z. B. Wasser, Alkohol oder Öl, verbrannt werden. Der erfindungsgemäße Zerstäuber kann auch vorteil haft zur Zerstäubung jeder Flüssigkeit, Trübe, Suspen sion oder Dispersion verwendet werden. Besonders zweckmäßig dient er zur Einspritzung von Wasser in Brennsysteme, um die Helligkeit und den Lärm der Flamme zu verringern.

Der erfindungsgemäße Zerstäuber arbeitet aufgrund seiner vorteilhaften Konstruktion mit niedrigem Druckunterschied, so daß der Druckabfall selten 100 Atmosphären überschreitet. Vorzugsweise liegt er

zwischen 20 und 80 Aunosphären, Es, können mit dem erfindungsgemäßen Zerstäuber große Brennstoffmengen, auch von frei strömendem Brennstoff, teilverbrannt werden. Zum Beispiel liegt die Kapazität für Kohlenwasserstoff beil 0 bis 100 Tonnen pro Stunde, s

Außerdem kann der erfindungsgemäße Zerstäuber jedoch in einem großen Bereich von Betriebsstoffdurchsätzen arbeiten, d. h. sein Reduktionsverhältnis (Verhältnis von Nenndurchsatz zu kleinstem Durchsatz) ist groß. Es können Reduktionsverhältnisse von über 10:1 ι ο erzielt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn beispielsweise die Erzeugung von Gas stark variiert werden muß und auch mit geringem Durchsatz gearbeitet werden muß.

Die Erfindung wird iir. folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung noch näher erläutert:

Die Zeichnung zeigt einen Zerstäuber mit einem rohrförmigen Körper 1, dessen Innenraum mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist, sowie einem Zerstäuberkopf 3 und einem hohlen Ventilstößel 4, dessen Innenraum mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist Das eine Ende.- des Ventilstößels 4 ist an einem Ventilteil 6 angebracht, so daß das letztere mit dem E?de des rohrförmigen Körpers 1 eine Ringschlitzdüse 7 formt Das andere Ende des Ventilstößels 4 ist an einem Brennstoffversorgungskopf 8 angebracht, der einen Hilfsbrennstoffeinlaß 9 für eine separate Betriebsstoffversorgung aufweist Der Ventilstößel 4 durchdringt den Zerstäuberkopf 3 in einem dichtsitzenden Dichtring 10 und einer Stopfbüchse 11. Der Brennstoffversorgungskopf 8 ist mit einem Schraubteil 12 über das Gewinde 13 verbunden, während das genannte Schraubteil 12 seinerseits über das Gewinde 14 mit dem Zerstäuberkopf 3 verbunden ist Der Ventilstößel 4 ist innerhalb des Innenraums 2 mittels einer Leitfläche 17 in mittiger Stellung gehalten, die gleichzeitig eine Drehung des Ventilstößels 4 verhindert Der Zerstäuberkopf 3 ist mit einem Hauptbrennstoffeinlaß 15 versehen, und das Ventilteil 6 ist mit einer mittig angeordneten Hilfswirbelkammerdüse 16 versehen.

Die Eintritt'kanten des Schlitzes der Ringschlitzdüse 7 sind abgerundet und gewährleisten so, daß der Brennstoff glatt durch den Schlitz fließt und der Druckunterschied über den Zerstäuber sehr niedrig, bis etwa 20 Atmosphären ist, wodurch der Brenner sehr ·>ί wirtschaftlich arbeiten kann.

Im Betrieb tritt Brennstoff in den Imenraum 2 durch den Hauptbrennstoffeinlaß 15 und verläßt den rohrförmigen Körper 1 durch die Ringschlitzdüse 7, Die Bahn des Brennstoffs, der die Ringschlitzdüse verläßt, ist in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angezeigt Die Geschwindigkeit des die Ringschlitzdüse durchströmenden Brennstoffs beträgt in m/s etwa das 150- bis 200fache der Schlitzbreite in mm. Der Brennstoff wird dann in Tröpfchen von 50 bis 400 μπι zerstäubt, wodurch seine Teilverbrennung sehr wirksam wird.

Günstige Betriebswerte ergeben sich bei einer Breite der Ringschlitzdüse 7 von 0,1 bis 1 mm, besonders 0,2 bis 0,8 mm, und einer Länge von 1 bis 10 mm. Die Schlitzflächen der Ringschlitzdüse 7 brauchen nicht genau, sondern nur im wesentlichen parallel zu sein, wie es z. B. bei verjüngten oder konischen Ringschlitzen der Fall ist

Die Breite des Schlitzes der Ringschlitzdüse 7 wird im Betrieb durch Einstellen des Schraubteils 12 über einen weiten Bereich gleitend verändert, das es dem Ventilstößel 4 ermöglicht, sich innerhalb des Innenraumes 2 des rohrförmigen Körpers 1 auf- und abzubewegen. Das Verhältnis von Länge zu Bi λ ce des Schlitzes kann zur Einstellung des Durchsatzes von Betriebsstoff zwischen 2 und 30 eingestellt werden. Diese Einstellwerte sind groß genug, so daß der Brennstoff gut zerstäubt wird und im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Schl.izes und nicht unter einem Winkel zu ihr ausgesprüht wird. Infolgedessen wird stromabwärts der Düse ein konstanter Fluß von zerstäubten Brennstofftröpfchen gebildet, und der Brennstoff wird wirksam mit dem sauerstoffhaltigen Gas vermischt. Auch ist bei diesen Einstellwerten der Druckunterschied über den Schlitz noch nicht so groß, daß für die Brennstofförderung eine Hochdruckanlage benötigt wird. Optimale Betriebsbedingungen werden erreicht, wenn das Verhältnis zwischen 3 und 10 liegt In der gezeigten Einstellung beträgt das Verhältnis 3:1.

Der Dichtring 10 und die Stopfbuchse 11 gewährleisten, daß über den Zerstäuberkopf 3 kein Brennstoff austritt. In den Zerstäuber tritt im Betrieb auch üurch den Hilfsbrennstoffeinlaß 9 und den Brennstoffversorgungskopf 8 Brennstoff ein, tritt durch den Innenraum 5 des hohlen Ventilstößels 4 nach unten und verläßt das Ventilteil 6 durch die Hilfswirbelkammerdüse 16. Die Bahn, längs der der Brennstoff austritt ist wieder mit gestrichelten Linien angezeigt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zerstäuber mit einem rohrförmigen Körper mit Anschluß zur Versorgung mit Flüssigkeit unter Druck und mit einem Ventilstößel, der sich durch den rohrförmigen Körper erstreckt und dessen eines Ende mit dem rohrförmigen Körper verbunden ist, während das andere Ende an einem Ventilteil so angebracht ist, daß mit dem rohrförmigen Körper eine Ringschlitzdüse geformt wird, die seitlich von zwei parallelen Oberflächen begrenzt ist, wobei das Ventflteil mit einer mittig angeordneten Hilfswirbelkammerdüse versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswirbelkammerdüse (16) an einer separaten Betriebsstoffversorgung (9) angeschlossen ist