DE2516266A1

DE2516266A1 - Feedback burner with injector fed flue gases - has wide working range to regulated air jet cross section

Info

Publication number: DE2516266A1
Application number: DE19752516266
Authority: DE
Inventors: German Kurz; Joachim Von Dipl Ing Dr Linde; Robert Von Dipl Ing Linde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1975-04-14
Publication date: 1976-10-28
Also published as: DE2516266C2

Abstract

The feedback burner uses the injector effect of the combustion for drawing flue gases back into the injector nozzle chamber. The working range of this burner is extended by the injection effect of the combustion air because the outlet cross section of the driving air jet is regulated by the air flow rate so that this cross section is reduced for decreasing the air flow rate. This outlet cross section is also regulated so that the outlet velocity of the air jet remains approximately constant over the working range of the burner. The matching is controlled by the nozzle pressure difference, by an orifice, by the fuel flow rate of by combustion air compressor speed. The regulated nozzle is readily accessible and it is situated in the cold air stream. The regulation can be carried out steplessly.

Description

Ruckführbrenner mit regelbarer Treibdüse In RückfUhrbrennern, insbesondere solchen für Kohlenwasserstoffe, werden zu einer Aufbereitung des Brennstoffs vor der eigentlichen Verbrennung heiße Verbrennungsgase aus der Brennkammer in den Düsenraum zur Austrittsduse der Kohlenwasserstoffe zurückgeführt. Diese Ruckfuhrung durch die Injektorwirkung der aus einer DUse austretenden Ve-brennungsluft in einer MischdUse ist bekannt.Return burner with adjustable propulsion nozzle In return burners, in particular those for hydrocarbons are used to prepare the fuel the actual combustion, hot combustion gases from the combustion chamber into the nozzle area returned to the outlet nozzle of the hydrocarbons. This return through the injector effect of the combustion air exiting a nozzle in a mixing nozzle is known.

Die hat den Nachteil, daß die rückgeführte Menge von Verbrennungsgas sehr stark von der Luftmenge abhängt. Infolge der quadratischen Abhangigkeit des RuckfUhrdruckes von der Luftmenge ist der Arbeitsbereich bekannter RUckfUhrbrenner verhältnismäßig eng und beträgt in der Regel zwischen Klein- und Volllast etwa 1: 3. Fällt die Luftmenge unter ein Drittel der Vollast, so wird das heiße Verbrennungsgas nicht mehr in ausreichender Menge zuruckgesaugt, um die Vorbereitung des Brennstoffes durchzufUhren.This has the disadvantage that the recirculated amount of combustion gas depends very much on the amount of air. Due to the quadratic dependence of the The return pressure from the air volume is the working range of known return burners relatively tight and is usually around 1 between low and full load: 3. If the amount of air falls below a third of full load, the hot combustion gas becomes no longer sucked back in sufficient quantity to prepare the fuel to be carried out.

Die vorliegende Erfindung soll diesen Nachteil beseitigen und den Arbeitsbereich der Brenner, bei denen durch die Injektorwirkung der aus einer DUse austretenden Verbrennungsluft Abgas in den DUsenraum zurückgesaugt wird, wesentlich dadurch erhöhen, daß der - bisher ungeregelte - Austrittsquerschnitt des treibenden Luftstrahls von der Luftmenge geregelt oder gesteuert wird, und zwar so, daß der Querschnitt bei sinkender Luftmenge verkleinert wird. Die Erfindung sieht auch vor, den Austrittsquerschnitt des treibenden Luftstrahls nach Maßgabe der Verbrennungsluft so zu regeln, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Treibluftstrahis über den Arbeitsbereich des Brenners annähernd konstant bleibt. Diese Anpassung des Austrittsquerschnitts kann gemaß der Erfindung von der Druckdifferenz an der DUse oder einer Blende gesteuert werden oder vom Brennstoffdurchsatz her vorgenommen werden oder über die Drehzahl des Brennluftverdichters erfolgen.The present invention is intended to eliminate this disadvantage and the Working range of the burner, in which the injector effect causes a nozzle Exiting combustion air, exhaust gas is sucked back into the DUsenraum, is essential increase by the fact that the - previously unregulated - exit cross-section of the driving Air jet is regulated or controlled by the amount of air, in such a way that the Cross-section is reduced as the amount of air decreases. The invention also provides the exit cross-section of the driving air jet according to the combustion air to regulate so that the exit speed of the propellant air jet over the working area of the burner remains approximately constant. This adaptation of the outlet cross-section can, according to the invention, be controlled by the pressure difference at the nozzle or a diaphragm or are made from the fuel throughput or via the speed of the combustion air compressor.

Bei einem bekannten RUckfUhrbrenner tritt die Luft aus einem Ringspalt in das Mischrohr ein, dessen Kern von heißem Abgas durchströmt wird. Dieser Ringspalt ist veränderlich und kann nur vor der Inbetriebnahme des Brenners eingestellt werden. Eine Veränderung des Spaltes im Betriebe ist nicht möglich, da er in einer sehr heißen Umgebung liegt und von außen nicht zugänglich ist. Die Anpassung dieses Querschnittes an die wechselnden Luftmengen während des Betriebes, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wäre nur mit einem ungewöhnlich großen Aufwand möglich.In a known recirculation burner, the air emerges from an annular gap into the mixing tube, the core of which is traversed by hot exhaust gas. This annular gap is variable and can only be set before the burner is started up. A change in the gap in the company is not possible because it is in a very hot environment and is not accessible from the outside. The adaptation of this cross-section to the changing air volumes during operation, which is the subject of this Invention would only be possible with an unusually large amount of effort.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Brennluft in einer Mehrzahl von Treibstrahlen in die Mischdüse einzufUhren und die zugehörigen DUsen einzeln oder in Gruppen zu schließen um den Querschnitt der Luftmenge anzupassen, und so höhere Geschwindigkeiten der Luft im Mischrohr zu erzielen. Diese Registerschaltung eines DUsenbundels schafft zwar bessere Verhältnisse, jedoch ist hier nur eine grobe Anpassung in Stufen an die Luftmenge möglich und die DurchfUhrung einer automatischen Regelung schwer durchfUhrbar.It has also been proposed to use a plurality of the combustion air of propulsion jets into the mixing nozzle and the associated nozzles individually or to close in groups to adapt the cross-section to the amount of air, and so on to achieve higher air speeds in the mixing tube. This register circuit a DUsenbundels creates better conditions, but here is only a rough one Adjustment in stages to the amount of air possible and the implementation of an automatic Regulation difficult to implement.

DemgegenUber läßt sich die hier vorgeschlagene, regelbare DUse in einfacher Weise verwirklichen, zumal sie im kalten Luftstrom liegt und von außen zugänglich ist. Auch kann die Regelung stufenlos erfolgen, was zur Einhaltung eines über dem Regelbereich gleichbleibenden LuftUberschußes erwünscht ist.In contrast, the adjustable shower proposed here can be used in Easily realize, especially since it lies in the cold air flow and from the outside is accessible. The regulation can also take place continuously, which means that a A constant excess of air over the control range is desired.

In der einfachsten AusfUhrungsart einer so querschnittsgeregelten EinzeldUse wird ein Kegelverdränger in einer als Hohlkegel ausgebildeten Auslaßduse axial verschoben; sie kann aber auch als Irisblende oder als durch Schieber verstellbarer Auslaß ausgebildet sein.In the simplest version of such a cross-section controlled The single nozzle is a cone displacer in an outlet nozzle designed as a hollow cone axially displaced; but it can also be used as an iris diaphragm or as adjustable by means of a slide Be formed outlet.

Die Verstellung des Querschnitts durch Verschieben eines kegelförmigen Verdrängers in der Düse kann in einfacher Weise selbsttätig z. B. mittels einer Membrandose bewirkt werden, bei der die vor und hinter dem DUsenauslaß herrschenden Luftdrücke auf beide Seiten einer Membran einwirken. Da sich diese Druckdifferenz in Luftgeschwindigkeit umsetzt, bedingt die Gleichhaltung dieser Differenz auch die Beibehaltung der Geschwindigkeit des Treibluftstrahls. Das Gleiche kann erreicht werden durch Regelung nach der Drehzahl des Verdichters für die Brennluft, da Luftmenge und Drehzahl in etwa linearem Zusammenhang stehen. Auch durch die Brennstoffmenge kann der Auslaßquerschnitt geregelt werden. Bei einem Druckzerstäuberbrenner bei dem der Brennstoffdruck etwa quadratisch mit der Leistung und damit auch der benötigten Luftmenge wächst,kann der Verdränger z. B. gegen ein auf die Druckkurve abgestimmtes Federsystem verschoben werden.Adjusting the cross section by moving a conical Displacer in the nozzle can easily be automatically z. B. by means of a Membrane can be effected in which the front and rear of the DUsenauslaß ruling Air pressures act on both sides of a membrane. Since this pressure difference converts it into air speed, this difference also needs to be kept equal maintaining the speed of the propellant air jet. The same can be achieved are controlled by the speed of the compressor for the combustion air, as the amount of air and speed are approximately linearly related. Also by the amount of fuel the outlet cross-section can be regulated. With a pressure atomizer burner which the fuel pressure is roughly quadratic with the power and thus also the required Air volume grows, the displacer can, for. B. against a matched to the pressure curve Spring system to be moved.

Bei den bekannten Brenners erfolgt die Brennstoffeindüsung in das Abgas in der Achse der LuftdUse. Dadurch wird die Baulänge des Brenners um den für die Mischung von Brennstoff und Luft nötigen Weg vergrößert und es ergeben sich auch aus der Einführung des Brennstoffs durch den Luftstrom hindurch konstruktive Schwierigkeiten, die der Ausbildung einer einfachen Mischkammer hinderlich sind.In the case of the known burners, the fuel is injected into the Exhaust gas in the axis of the air nozzle. This increases the length of the burner by the the mixture of fuel and air increases the necessary way and it surrenders also constructive from the introduction of the fuel through the air flow Difficulties that prevent the formation of a simple mixing chamber.

Bei der starken Förderwirkung der mit gleichbleibender Geschwindigkeit in die Treibdüse eintretenden Luft genügt es, Die BrennstoffeindUsung in den DUsenraum seitlich von der LuftdUse anzuordnen, wobei die Treibdüse zweck mäßig unter einem Winkel zur Achse des Brennstoffstrahl s geneigt ist. Sogar eine Eindüsung senkrecht zum Luftstrahl ist möglich.With the strong conveying effect, the constant speed In the air entering the propellant nozzle, it is sufficient to inject the fuel into the nozzle chamber to be arranged to the side of the air nozzle, the drive nozzle appropriately under a Angle to the axis of the fuel jet s is inclined. Even a vertical injection to the air jet is possible.

Die Erfindung ist in den Figuren 1 - 3 noch näher erläutert.The invention is explained in more detail in FIGS. 1-3.

In Fig. 1 stellt 1 ein hohlkegelartig ausgebildetes Austrittsteil für die Verbrennungsluft dar, in dem ein kegelförmiger Verdränger 2 axial verschoben wird, wobei sich der Ringraum zwischen den beiden Teilen flächenmäßig verändert. Der Luftstrahl tritt in eine Misch (Fang)-DUse 3 ein und fördert aus dem Verbrennungsraum 4 heißes Abgas durch Kanäle 5 in den Düsenraum 6.In Fig. 1, 1 represents a hollow cone-like outlet part for the combustion air, in which a conical displacer 2 is axially displaced is, wherein the annular space between the two parts changes in area. The air jet enters a mixing (catch) nozzle 3 and conveys out of the combustion chamber 4 hot exhaust gas through channels 5 into the nozzle space 6.

Der aus der Brennstoffdüse 7 austretende Brennstoff mischt sich hier mit dem heißen Abgas ehe das Gemisch in die Mischdüse 3 gefUhrt wird. Je nach der gewünschten Leistung wird der Verdränger 2 so verschoben, daß der Luftstrahl bei seinem Austritt aus der Düse auch bei wechselnden Luftmengen etwa gleichbleibende Geschwindigkeit hat. Bei 8 ist noch eine Zündkerze gezeigt, die die Betriebnahme des Brenners ermöglicht. Die Mischdüse 3 liegt auf der gleichen Achse wie die Luftdüse, während die der Brennstoffkegel 7 senkrecht dazu steht.The fuel emerging from the fuel nozzle 7 mixes here with the hot exhaust gas before the mixture is fed into the mixing nozzle 3. Depending on the desired performance of the displacer 2 is shifted so that the air jet at its exit from the nozzle remains roughly the same even with changing amounts of air Has speed. At 8 another spark plug is shown, which is the start of operation of the burner. The mixing nozzle 3 is on the same axis as the air nozzle, while the fuel cone 7 is perpendicular to it.

In Fig. 2 ist eine andere Anordnung der gleichen Elemente dargestellt. Der aus 1' austretende und durch 2' im Querschnitt geregelte Luftstrahl tritt in die schräg zur Brennerachse liegende Mischdüse 3' und von dort in die Brennkammer 4' ein und führt durch die Kanäle 5' Abgas in den Düsenraum 6' zurück. In dieser Ausführungsform ist die Brennstoffdüse 7' in die Brennerachse gelegt, während die Luftdüse diese Achse schräg schneidet. Der kegelförmige Verdränger 2' wird durch ein Membransystem 9 verschoben, dessen Membran auf der Düsenseite durch die bei 10 eintretende Luft beaufschlagt wird, während die Oberseite der Membran durch Leitung 11 mit dem Raum hinter der Düse in Verbindung steht. Das Membransystem verstellt den Verdränger 2' axial derart, daß zwischen den beiden Kammern eine bei veränderlichen Luftmengen gleichbleibende Druckdifferenz herrscht, deren Größe durch die Feder 12 bestimmt ist.In Fig. 2 another arrangement of the same elements is shown. The air jet emerging from 1 'and regulated in cross section by 2' enters the mixing nozzle 3 ', which is inclined to the burner axis, and from there into the combustion chamber 4 'and leads exhaust gas back into the nozzle space 6' through the channels 5 '. In this Embodiment, the fuel nozzle 7 'is placed in the burner axis, while the Air nozzle intersects this axis at an angle. The conical displacer 2 'is through a membrane system 9 moved whose membrane on the nozzle side by the at 10 incoming air is acted upon, while the top of the membrane by conduction 11 communicates with the space behind the nozzle. The membrane system is misaligned the displacer 2 'axially such that between the two chambers at a variable Air volumes constant pressure difference prevails, the size of which is determined by the spring 12 is determined.

Fig. 3 zeigt die Verschiebung des Verdrängerkörpers 2' ' durch den Zerstäubungsdruck des Brennstoffs, der durch die Öffnungen 13 innen auf einen Faltenbalg 14 einwirkt. Dieser drückt auf einen Hebel 15 gegen ein Federsystem 16 und verschiebt je nach der Größe des in 14 wirkenden Druckes den Verdränger 2' ' in dem Ringspalt, durch den die Luft aus dem Raum 17 austritt.Fig. 3 shows the displacement of the displacement body 2 ″ by the Atomization pressure of the fuel, which through the openings 13 inside on a bellows 14 acts. This presses on a lever 15 against a spring system 16 and moves the displacer 2 '' in depending on the magnitude of the pressure acting in 14 the annular gap through which the air exits from space 17.

Das Federsystem 16 ist auf die vom Öldruck ausgeübten Kräfte so abgestimmt, daß sich durchgesetzte Ölmenge und die geregelte Austrittsfläche der Luft proportional zueinander verhalten. Auf der rechten Seite der Figur ist die Stellung des Verdrängers 2'' bei kleiner Luftmenge dargestellt.The spring system 16 is matched to the forces exerted by the oil pressure so that that the amount of oil that has passed through and the regulated outlet area of the air are proportional behave towards each other. On the right side of the figure is the position of the displacer 2 '' shown with a small amount of air.

Die Neuerung erweitert das Anwendungsgebiet der Rückführbrenner erheblich und macht sie auch dort verwendbar, wo ihr geringer Regelbereich und die wechselnde Luftzahl ihrer Anwendung bisher im Wege standen, z. B.The innovation extends the field of application of the return burner considerably and makes them usable even where their low control range and the changing one So far, the air ratio stood in the way of their application; B.

in Industrieöfen und Schutzgaserzeugern. Unter den Anwendungsmöglichkeiten des Brenners seinen die Beheizungen von Triebwerken mit außen liegender kontinuierlicher Verbrennung besonders hervorgehoben, da hier Uber einen sehr weiten Arbeitsbereich eine einwandfreie Verbrennung bei gleichbleibender Luftzahl erzielt werden soll. Eine Verbrennung mit niedrigem Gehalt der Abgase an Stickoxyden war bishlang bei solchen Triebwerken nur mit Rückführbrennern möglich, die jedoch hinsichtlich ihres Regel bereiches den Anforderungen der Praxis nicht genügten. Die Anwendung der Erfindung auf diese Brenner hat ihren Leistungsbereich so erweitert, daß sie nunmehr für Maschinen mit außenliegender kontinuierlicher Verbrennung für den ganzen Leistungsbereich verwendbar sind. Bislang war es auch nicht möglich, Brenner mit stark wechselnden höheren Drücken (z. B. 10 - 20 bar) über einen großen Regelbereich zu betreiben. Die Anpassung des Luftstrahlquerschnitts ermöglicht den Betrieb des Brenners Uber wechselnde Arbeitsbereiche und DrUcke, da mit gleichbleibender Druckdifferenz am Luftaustritt auch die Druckdifferenz gleich bleibt unter der das Abgas in den Düsenraum zurückgeführt wird.in industrial furnaces and protective gas generators. Among the uses of the burner its the heating of engines with external continuous Combustion especially highlighted, since it covers a very wide working area perfect combustion is to be achieved with a constant air ratio. Combustion with a low content of nitrogen oxides in the exhaust gases has been around for a long time such engines only possible with return burners, but with regard to their Rule area did not meet the requirements of practice. Application of the invention on this burner has expanded its power range so that it is now suitable for machines with external continuous combustion for the entire power range are usable. So far it was also not possible to use burners with strongly changing to operate higher pressures (e.g. 10 - 20 bar) over a large control range. The adjustment of the air jet cross section enables the burner to operate Uber changing work areas and pressures, as there is a constant pressure difference on the Air outlet also the pressure difference remains the same under which the exhaust gas in the nozzle chamber is returned.

-Patentansprüche - -Patent claims -

Claims

Claims 1. RuckfUhrburner, in which by the injector effect the combustion air exiting a nozzle is sucked back into the DUsenraum is, characterized in that the exit cross-section of the driving air jet is regulated depending on the amount of air.

2. Return burner, characterized in that the cross section of the The outlet nozzle is reduced as the amount of air decreases.

3. RuckfUhrburer according to claim 1 and 2, characterized in that that the cross-section in the sense of keeping the air speed of the propulsion jet constant is controlled.

4. return burner according to one of claims 1 - 3, characterized in that that the cross section is controlled so that the pressure loss in the outlet nozzle remains roughly the same over the power range of the burner.

5. return burner according to one of claims 1 - 4, characterized in that that the cross section of the outlet nozzle depends on the difference in the pressures in front of and behind the nozzle is controlled.

6. Return burner according to one of claims 1 - 5, characterized in that that the outlet cross-section corresponds to the speed of the combustion air delivering compressor is regulated.

7. return burner according to one of claims 1 - 6, characterized in that that the outlet cross-section is controlled in accordance with the amount of fuel.

8. return burner according to any one of claims 1-7, characterized by a displaceable cone displacer in a hollow cone Outlet nozzle.

9. return burner according to any de: claims 1 - 8, characterized in that that the propellant nozzle is arranged inclined at an angle to the axis of the fuel jet is.

Blank page