DE2457861A1

DE2457861A1 - Brenner fuer fliessfaehige brennstoffe

Info

Publication number: DE2457861A1
Application number: DE19742457861
Authority: DE
Inventors: William Frederick Boylett
Original assignee: CONSULTANT GAS ENGINEERS Ltd
Current assignee: CONSULTANT GAS ENGINEERS Ltd
Priority date: 1973-12-07
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1975-06-12
Also published as: GB1490976A

Description

Brenner für fließfähige Brennstoffe

Die Erfindung betrifft Brenner für fließfähige Brennstoffe und beschäftigt sich insbesondere mit Brennern zur Verwendung in Verbindung mit industriellen Feuerungsanlagen und Öfen, bei denen die Verbrennungsprodukte des Brenners mit einer hohen Geschwindigkeit austreten müssen^ um die Temperatur in der Feuerungsanlage oder im Ofen gleichmäßig zu gestalten. Die Flamme selbst soll nicht in die Feuerungsanlage oder in den Ofen eintreten, die Verbrennung findet daher in einem aus feuerfestem Material hergestellten Brennraum oder in einem Brennerstein statt.

Eine Flammenhalterplatte ist ein bekanntes Hilfsmittel, um die Flamme durch Haftung an einer Wand oder durch (Durbulenzwirkungen am Abreißen zu hindern und die Flammenlänge zu verkürzen, ebenso wie die Zuführung von Primär- und Sekundärluft. Strahltriebwerke sind gewöhnlich so ausgebildet, daß eine Wand des Brennfaumes durchlöchert ist und daß die Sekundärluft durch diese Wand geleite-t wird, um die Wand zu kühlen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln einen wirtschaftlich heisb ellbaren Brenner mit geringem Raumbedarf zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad der Verbrennung und der Regelbereich hoch sind.

Diese.Aufgabe ist bei einem Brenner für fließfähige Brennstoffe, mit Primärluft- und Sekundärluftzuleitungen und einer Flammenhalterplatte erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sekundärluft-Einleitungsvorrichtung den Sekundärluftstrom so leitet, daß er über die Rückseite der Flammenhalterplatte strömt, um eine bessere Anhaftung des Primärluft-Brennstoff-G-emischs an der Flammenhalt erplatte durch Saugwirkung an deren Rand zu erzielen.

Die Flammenhalterplatte kann mit Öffnungen versehen sein, um eine Saugwirkung zu erzielen, die das Gemisch durch die Flammenhalterplatte hindurch in den sich bei niedrigerem Druck schneller bewegenden Sekundärluftstrom hineinzusaugen.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Brenner für eine Vielzahl von fließfähigen Brennstoffen, bei dem erfindungsgemäß wenigstens zwei Brennstoff-Einleitungsvorrichtungen von jeweils einer Primärluft-Einleitungsvorrichtung umgeben sind, die einen ausreichenden Wirbel zur Erzeugung eines Teilvakuums aufzuzwingen vermag, in das sich der Brennstoff entspannt.

Vorzugsweise sind alle Einleitungsvorrichtungen miteinander und mit der Brennerachse konzentrisch angeordnet.

Die Erfindung gibt weiterhin eine Heizöl-Einspritzvorrichtung an, die erfindungsgemäß eine zentrale Leitung, die in wenigstens einer kleinen Öffnung für die feine Druckzerstäubung des Öls endet, und eine die Ölleitung umgebende Luftleitung besitzt, die an einem Ende einen konvergierenden Teil aufweist, der verhältnismäßig nahe an der Ölleitung

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angeordnet ist, um die Luft mit hoher Geschwindigkeit und bei vergleichsweise niedrigem Druck über die wenigstens eine kleine Öffnung zu treiben.

Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von kleinen Öffnungen vorhanden, und eine günstige Wirkung ist dann erzielbar, wenn

/Sind,
diese Offnungen so angeordnet/ daß sie, wenn nicht von Luft überströmt, einen fächerförmigen Sprühnebel erzeugen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen in einem Brennerstein oder in einem Brennraum angeordneten Brenner,

Fig. 2 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab der in I¹Ig. 1 dargestellten Luft- und Brennstoff-Einleitungsvorrichtungen, und

Fig. 3 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch das vordere Ende einer Öl- oder Brennerlanze.

Der in der Zeichnung dargestellte Brenner wird über (nicht gezeichnete) Rohrleitungen mit Luft und Brennstoff versorgt. Die Überwachung und Messung der Luft- und Brennstoff drücke erfolgt mit bekannten Mitteln beim Eintritt in den Brenner«

Eine zentrale Leitung 1 einer Öl- oder Brennerlanze 2 endet in einer Reihe kleiner Öffnungen oder Löcher 3 für die Abgabe eines Schwerheizöls oder feingemahlenen Festbrennstoffs in einem entzündbaren Trägermedium, das bzw. der durch den Druck des Brennstoffs oder mit Hilfe von Preßluft in Form eines fächerförmigen Sprühstrahls zerstäubt wird. Die Leitung 1 ist von einer zugehörigen Primärluft-Einleitungsvorrichtung 4 umgeben, die einen Block 5 mit einer

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Mehrzahl von Drallführungen mit zwischen 1 und 5 Windungen je etwa 25,4 mm aufweist, wobei 2 Windungen je etwa 25,4 mm besonders vorteilhaft zu sein scheinen. Die Primärluft-Einleitungsvorriehtung 4 weist an einem Ende einen Pfropfen 6 mit Öffnung auf, der mit einer konischen Innenfläche endet. Diese ist gegen die Lanzenachse stärker geneigt als das Ende der zentralen Leitung, so daß sich die schmälste Lücke zwischen dieser ,und der konischen Innenfläche an den kleinen Öffnungen befindet, mit dem Ergebnis, daß der durch den Block 5 erzeugte Luftwirbel durch das austretenden Öl geblasen wird und den Brennstoff weiter zerstäubt. Der Pfropfen ist in der Einleitungsvorrichtung 4 vorzugsweise schraubig verstellbar und läßt sich durch Regeln des Luftdurchsatzes auf einen gegebenen Wert bei einem vorbestimmten Vordruck einstellen, in einem speziellen Beispiel auf einen Luftdurchsatz von etwa 485 m /h bei einem Vordruck von etwa 2,81 kp/cm Überdruck und einem Rückdruck von etwa 0,7 kp/cm Überdruck.

Die Primärluft-Einleitungsvorrichtung 4 ist von einer Einleitungsvorrichtung 8 für gasförmigen Brennstoff umgeben, die in Richtung der Längsachse des Brenners in einem Gewinde 9 verstellbar ist. Diese Einleitungsvorrichtung 8 ist als Stufenrohr ausgebildet, wobei ein im Durchmesser kleinerer Teil 10 zur Schaffung der Verstellmöglichkeit in einen Ansatz oder Stutzen 11 an einer Rückwand 12 einer Luftsammeikammer 14 eingeschraubt ist. Der gasförmige Brennstoff tritt über einen Einlaß 15 ein und strömt entlang der Innenseite der Einleitungsvorrichtung 8. In die Sammelkammer über einen Einlaß 16 eintretende Luft strömt durch eine Lücke zwischen einem Loch jn der Vorderwand der Sammelkammer und dem im Durchmesser größeren Teil der Einleitungsvorrichtung 8 über deren Außenseite. Dieser im Durchmesser größere Teil der Einleitungsvorrichtung 8 weist im Abstand von etwa 25,4 mm von seinem freien Ende eine mit ihm einstückig bzw. fest verbundene durchlöcherte Elammenhalterplatte 17 auf. Außerdem sind in seinen Wänden

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Schlitze 18 für die Einleitung von Primärluft für den gasförmigen Brennstoff ausgebildet, die jedoch nicht radial, sondern tangential schräg verlaufen, um diese Primärluft zu verwirbeln. Dieser Primärluft-Wirbel kann mit dem Heizöl-Primärluft-Wirbel gleich- oder diesem entgegengesetzt gerichtet sein. Am freien Ende der Einleitungsvorrichtung befindet sich eine Flammenwächter-Elektrode 19. Die Öl- oder Brennerüaaze erstreckt sich im Innern der Einleitungsvorrichtung 8 mit dieser gleichachsig bis knapp vor die Ebene der Flammenhalterplatte. Weiterhin sind eine Zündelektrode 20 und ein Schauglas 21 vorhanden. Die Einleitungsvorrichtung 8 für gasförmigen Brennstoff läßt sich entsprechend den angestrebten Betriebsbedingungen und des verwendeten gasförmigen Brennstoffs einstellen.

Die Luftsammeikammer ist am Brennraum oder Brennerstein unter Zwischenschaltung einer Dichtung angesehraubt. Bevorzugt wird jedoch eine Anbringung mittels Scharnieren oder Gelenken, so daß sie sich zur Wartung des Brennraumes und der Einleitungsvorrichtung für Luft und Heizöl einfach zurückklappen läßt.

Die Verwirbelung der beiden Primärluftströme führt zu einer gründlichen Vermischung des benutzten Brennstoffes mit der Primärluft und verhindert ebenfalls ein Abreißen der Strömung von der Wand der Flammenhalterplatte, die , nachdem die Verbrennung begonnen hat, alle großen Brennstofftropfen, die vom Wirbel infolge Zentrifugalwirkung gegen die Flammenhalterplatte geschleudert werden, verdampft.

Die übrige Luft, die über die Außenseite der Einleitungsvorrichtung 8 strömt, durchströmt einen vergleichsweise kleinen Durchlaß hinter der Flammenhalterplatte und hat, wenn sie aus diesem mit hoher Geschwindigkeit austritt, das Bestreben, die Flamme in Richtung auf den Plattenrand zu ziehen. Diese Wirkung kann durch in der Flammenhalterplatte ausgebildete Löcher unterstützt sein.

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Dieser austretenden Luft kann ebenfalls ein Wirbel oder Drall in "beliebiger Richtung aufgezwungen werden, und wenngleich eine radiale Austrittsströmung bevorzugt wird, kann diese eine axiale Bewegungskomponente aufweisen. Diese Luft kühlt die Wand des BrennerSteines, die, wie mit strichpunktiert gezeichneten Linien 23 angedeutet, gestuft sein kann, so daß der größte Teil dieser Luft in einem Drittluftstrom zurücktreibt und die Flamme nach hinten gegen die Plammenhalterplatte 17 bläst und auch eine weitere Vermischung des Brennstoffs mit Luft hervorruft, während ein Luftstrom an der Wand des BrennerSteines haften bleibt und deren Temperatur niedrig hält. Es ist daher möglich, die Abmessungen eines Austrittsloches so zu verkleinern, daß der sich ergebende Verbrennungsproduktstrahl eine hohe Geschwindigkeit von beispielsweise etwa 305 m/s hat.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Brennerstein aus einem Keramikmaterial hergestellt, das durch Stahleinlagen oder andere Mittel verstärkt ist. Der Brennerstein kann jedoch aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise aus Stahl hergestellt sein.

Es wurde bereits angegeben, daß feingemahlener Brennstoff verwendet werden kann, indem man ihn mit einer entzündbaren Trägerflüssigkeit mischt und durch den Ölstrahl abgibt. Die Verwendung von feingemahlenem Brennstoff wird auch ermöglicht, wenn man ihn mit Luft mischt und über eine Öffnung für Luft oder gasförmigen Brennstoff abgibt.

Heizöl tritt aus der Lanze in Form eines gut zündfähigen feinen Sprühnebe.ls aus, möglicherweise mit einem von größeren Tropfen gebildeten Kern. Infolge der Turbulenz der Primärluft-Brennstoff-Gemische, der Abkühlung der Flammenhalterplatte und des Brennersteines durch einen Sekundärluftstrom, der eine höhere Flammentemperatur ermöglicht, und aufgrund der örtlichen Lage und Konzentration bzw. Bündelung der Plaasie durch iie verbesserte

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Flammenhalterplatte sind die Flammenbedingungen näher dem Idealzustand und es wird weniger Überschuß-Primär luft benötigt, was schon zu einer Verbesserung der Bedingungen führt, da die Flammentemperatur höher ist. Aller unverbrannter Brennstoff tritt bei extrem hoher Temperatur in die Sekundärluft ein und wird leicht verbrannt. Der Wirkungsgrad der Verbrennung ist daher hoch. Außerdem läßt sich der Brenner in gedrängter Bauweise ausführen. Aufgrund der idealen Verbrennungsbedingungen ist auch der Regelbereich des Brenners, d.h. das Verhältnis von maximalem, zu geringstem Brennstoffverbrauch, überraschend groß. Ein Verhältniswert von 10:1 ist erreicht worden. Außerdem läßt sieh der Brenner mit niedereren Luftdrücken als herkömmliche Brenner betreiben. Aufgrund der körperlichen Anordnung ist bei Versagen der Abdichtung oder der Luftsammeikammer nur mit Luftaustritt zu rechnen, nicht mit Flammenaustritt, wie er bei einigen Brennern vorkommt und zum Verschmoren solcher Brenner führt. Zum Regeln der Austrittstemperatur läßt sieh die Sekundärluft-Überschußmenge durch Verstellen der Flammenhalterplatte verändern.

/Ansprüche 509824/0696

Claims

ANSPRÜCHE

U) Brenner für fließfähige Brennstoffe, mit Primärluft- und Sekundärluftzuleitungen und einer Flammenhalterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft-Einleitungsvorrichtung den Sekundärluftstrom so leitet, daß er über die Rückseite der Flammenhalterplatte (17) strömt, um eine bessere Anhaftung des Primärluft-Brennstoff-Gemischs an der Flammenhalterplatte (17) durch Saugwirkung an deren Rand zu erzielen.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die !"lammenhalterplatte (17) mit Öffnungen versehen ist, um eine Saugwirkung zu erzielen, die das Primärluft-Brennstoff-G-emisch an der Plammenhalterplatte (17) hält.
3. Brenner für eine Vielzahl von fließfähigen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Brennstoff-Einleitungsvorrichtungen (2,8) jeweils von einer Pirmärluft-Einleitungsvorrichtung (4 bzw. 14) umgeben sind, die einen ausreichenden Wirbel zur Erzeugung eines Teilvakuums aufzuzwingen vermag, in das sich der Brennstoff entspannt.
4. Brenner nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Brennstoff-Einleitungsvorrichtungen (2,8) und die Primärluft-Einleitungsvorrichtungen (4,14) miteinander und mit der Brennerachse konzentrisch angeordnet sind.

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5. Brenner nach. Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sekundärluft-Einleitungsvorrichtung den Sekundärluftstrom hinter eine Piammenhalterplatte (17) leitet, damit an deren Rand Saugwirkung erzeugt wird.
6. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plammenhalterplatte (17) in Achsenriehtung stellungsveränderbar ist.
7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenhalterplatte (17) an einem als Einlaß für gasförmigen Brennstoff dienenden Rohrkörper (8) aufgenommen ist, in dem Schlitze (18) ausgebildet sind, mit denen sich ankommende Primärluft für den gasförmigen Brennstoff verwirbeln läßt.
8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch, gekennzeichnet, daß die Wand eines Brennersteines (22) gestuft ist, um das brennende Gemisch, das nach Verlassen der Flammenhalterplatte (17) nach außen und in der Längsrichtung des Brennersteines (22) in einer Wirbelströmung strömt, nach innen umzulenken.
9. Brennerstein für den Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem keramischen Werkstoff hergestellt und durch Stahloder andere Einlagen verstärkt ist.
10. ölbrennerlanze für den Brenner nach einem der Ansprüche-1 bis 8, gekennzeichnet durch eine zentrale leitung (1), die in wenigstens einer kleinen Öffnung (3) für die feine Druckzerstäubung des Öles endet, und durch eine die Ölleitung (1) umgebende Luftleitung (4), die an einem Ende einen konvergierenden !Teil. (6) aufweist, der verhältnismäßig nahe an der Ölleitung (1) angeordnet ist,

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tun die Luft mit hoher Geschwindigkeit und bei vergleichsweise niedrigem Druck durch die wenigstens eine kleine Öffnung (3) zu treiben.
11. Brennerlanze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von kleinen Öffnungen (3) vorhanden ist, die, wenn nicht von Luft übeisbrömt, das Öl fächerförmig auszusprühen vermögen.

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