DE2534066A1

DE2534066A1 - Verbrennungseinrichtung

Info

Publication number: DE2534066A1
Application number: DE19752534066
Authority: DE
Inventors: Atsuyoshi Nishi; Katuo Yashiro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-07-30
Filing date: 1975-07-30
Publication date: 1976-02-19
Also published as: SE7508652L; CA1056293A; GB1520402A; FR2280862B1; DE2534066C2; FR2280862A1; SE418010B; US4045159A

Description

ME-234 (F-608I)

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Verbrennungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungseinrichtung und insbesondere die Verbesserung einer Flammenlochplatte einer Verbrennungseinrichtung, bei der flüssiger Brennstoff verdampft wird und der Brennstoffdampf mit Verbrennungsluft vermischt wird, worauf das Gemisch in eine Verbrennungskammer eingeführt wird.

Bei Verbrennungseinrichtungen, bei denen Heizöl verdampft wird und dann zur Vervollständigung der Verbrennung in eine Verbrennungskammer eingeführt wird, führt man gewöhnlich die gesamte für die Verbrennung benötigte Luft als Primärluft zu. Diese Luft wird vorerhitzt, um zu verhindern, dass der verdampfte Brennstoff kondensiert und um die Zündeigenschaften zu verbessern. Bei Verwendung einer Flammenlochplatte mit herkömmlichem Aufbau in einer Verbrennungseinrichtung für flüssigen Brennstoff ist die Verbrennungsflamme daher instabil. Demgegenüber erzielt man bei einer Verbrennungseinrichtung für Stadtgas eine stabile Verbrennungsflamme, wenn man der Verbrennungseinrichtung die Verbrennungsluft getrennt in Form von Primärluft und Sekundärluft zuführt.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungseinrichtung und insbesondere eine verbesserte Flammenlpch-

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platte einer Verbrennungseinrichtung zu schaffen, welche eine stabile Verbrennungsflamme liefert.

Die erfindungsgemässe Verbrennungseinrichtung umfasst eine poröse Platte in Nachbarschaft zu einer Drosselplatte. Die Drosselplatte weist einen Öffnungsbereich auf, welcher kleiner ist als der mit Flammenlöchern versehene Öffnungsbereich einer Flammenlochplatte (über den sich die Flamme erhebt) und hierzu konzentrisch angeordnet ist. Die poröse Platte ist auf der einer Mischkammer zugewandten Seite der Flammenlochplatte angeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass die Geschwindigkeit des aus der Mischkammer durch den Öffnungsbereich der Drosselplatte, durch die poröse Platte und durch den Öffnungsbereich der Flammenlochplatte in die Verbrennungskammer eingeführten Gases in den peripheren Bereichen geringer ist als im mittleren Bereich (zB o,3 m/sec).

Ferner umfasst die erfindungsgemässe Verbrennungseinrichtung ein Mischflügelrad zum Vermischen von Brennstoff und Verbrennungsluft. Dieses ist in der Mischkammer angeordnet, und zwar gegenüber der Drosselplatte und mit einem vorbestimmten Abstand zu dieser. Im mittleren Bereich des Mischflügelrades sind Verbindungsdurchgänge vorgesehen, durch welche ein Teil der Verbrennungsluft, welche in die Mischkammer eintritt, direkt zum mittleren Bereich des Öffnungsbereichs der Drosselplatte geführt wird, so dass die Konzentration des Brennstoffs im Gemisch, welches aus der Mischkammer durch die Öffnungen der Drosselplatte, durch die poröse Platte und durch die Öffnungen der Flammenlochplatte in die Verbrennungskammer strömt, in den peripheren Bereichen höher ist als in dem mittleren Bereich. Im peripheren Bereich beträgt der Luftatiteil das 1,1- bis 1,2-fache des theoretischen Luftanteils (Überschuss), während im mittleren Bereich der Luftanteil das 1,4- bis 1,5-fache des theoretischen Luftanteils beträgt (Überschuss). Die Verbrennungsflamme, welche sich über dem Flammenlochbereich der Flammenlochplatte in der Verbrennungskammer im mittleren Bereich ausbildet, wird dabei in einem Zustand gehalten,, welcher demjenigen einer sich abhebenden Flamme ähnlich ist. Der Haupt-

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anteil"der Verbrennungsflamme wird somit im Zustand der Flammenabhebung gehalten, so dass ein Flammenrückschlag "wirksam verhindert wird. Andererseits wird die Flamme in den peripheren Bereichen der Flammenlochplatte an der Flammenlochplatte festgehalten, so dass insgesamt eine stabile Verbrennungsflamme gebildet wird.

Im folgenden wird die E_rfi_ndung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungseinrichtung;

Figur 2 eine Frontansicht eines Mischflügelrades und Figur 3 einen vergrösserten Schnitt durch die Flammenlochplatte in Verbindung mit einer graphischen Darstellung zur Erläuterung der Verhältnisse der Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches und der Konzentration des Brennstoffs im Gasgemisch.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungseinrichtung mit einer Luftkammer 1, deren Wandung aus Stahl besteht, und mit einem Blasflügelrad 2 und einem Motor 3 für den Antrieb des Blasflügelrades. In der Wandung der Luftkammer 1 ist ein Lufteinlass 4 vorgesehen. An die Luftkammer 1 schliesst sich eine Mischkammer an, deren Wandung aus Aluminium besteht. Im mittleren Bereich der Wandung der Mischkammer 5 ist ein elektrisches Heizelement 6 vorgesehen. Ein Luftkanal 7 verbindet die Luftkammer 1 mit der Mischkammer 5. Dieser Luftdurchgang 7 ist im Bereich der Innenwandung der Mischkammer 5 vorgesehen. Ferner befindet sich in der Mischkammer 5 ein Mischflügelrad 9 mit Durchgängen 8 und einem Rotor 11, welcher eine kreisförmige Kegelstumpfgestalt hat. Ferner umfasst das Mischflügelrad 9 einen Flansch 1o. Das in Figur 2 in Draufsicht gezeigte Mischflügelrad ist im mittleren Bereich der Mischkammer angeordnet. Das Mischflügelrad 9 und der Rotor 11 sind mit dem Ende einer Welle 13 des Motors 3 verbunden. Diese Welle 13 erstreckt sich durch eine Trennwand 12 zwischen der Luftkammer 1 und der Mischkammer 5. Ein Auslass einer Rohrleitung 14 zur Zufuhr von flüssigem Brennstoff liegt mit einem

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vorbestimmten Abstand dem Rotor 11 gegenüber. Die Rohrleitung 14 erstreckt sich durch die Trennwand 12 und die Wandung der Luftkammer 1 nach draussen und ist dort mit einer nicht dargestellten Fördereinrichtung für flüssigen Brennstoff verbunden. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Verbrennungskammer in Nachbarschaft zur Mischkammer. Ihre Wandung umfasst einen verlängerten Bereich der Mischkammerwandung, bestehend aus Aluminium, und einen zylindrischen Bereich aus Stahl, welcher mit der Kante der Aluminiumwandung verbunden ist. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Flammenlochplatte aus Edelstahl, welche zwischen der Mischkammer 5 und der Verbrennungskammer 15 angeordnet ist. Eine Vielzahl von feinen Flammenlöchern 8 sind im mittleren Bereich der Flammenlochplatte 16 vorgesehen. Dieser mittlere · Flammenlochbereich 17 der Flammenlochplatte ist eingedrückt. Die Flammenlöcher 18 können zB durch Ätzen des eingedrückten Bereichs 17 der Flammenlochplatte mit einer Säure gebildet werden.

Das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine Vielzahl von porösen Platten. Diese bestehen aus aufeinandergeschichteten Drahtgeweben 2o, 2o auf der der Mischkammer 5 zugewandten Seite der Flammenlochplatte und aus einer Platte 21 aus Kupfer oder Nickel mit einer Vielzahl von feinen Durchgängen. Dabei handelt es sich um eine durch Schäumen gebildete Platte. Über den porösen Platten ist eine Drosselplatte 22 angeordnet. Diese weist eine Öffnung 23 auf, welche kleiner ist als der Bereich 17 der Flammenlochplatte 16,innerhalb dessen sich Flammenlöcher befinden. Innerhalb eines Bereichs 23 weist diese Drosselplatte 12 Öffnungen auf. Der periphere Bereich der Drosselplatte 22 wird durch den umgebördelten peripheren Bereich der Flammenlochplatte 16 gehalten.

Im folgenden soll die Arbeitsweise einer Verbrennungseinrichtung des beschriebenen Aufbaues erläutert werden. Wenn ein flüssiger Brennstoff (Kerosin) durch die Rohrleitung für das Brennöl 14 mittels der nicht dargestellten Fördereinrichtung eingeführt wird (im Falle eines Heizkoeffizienten von etwa 8.000 bis 2.000 K cal/h beträgt die Förderleistung der Fördereinrichtung für den flüssigen Brennstoff etwa o,3 bis 0,08 cnr/sec), so

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trifft das Brennöl tropfenweise auf den Rotor 11, welcher mit Hilfe des Motors 3 in Rotation gehalten wird. Das Brennöl fliesst sodann entlang der schrägen Fläche zu dem peripheren Bereich und wird schliesslich durch den Flansch Io an die Wandung der Mischkammer 5 verspritzt oder versprüht, welche mittels des Heizelements 6 auf etwa 25o°C gehalten wird. In diesem Bereich verdampft der flüssige Brennstoff.

Andererseits wird das Blasflügelrad 2 mittels des Motors 3 in Rotation gehalten und die Verbrennungsluft gelangt durch den Lufteinlass 4 zur Luftkammer 1 und sodann durch den Luftkanal 7 zur Mischkammer 5, wo sie vorgeheizt wird. Der verdampfte Brennstoff und die Verbrennungsluft werden durch Mischflügelrad 9 durchmischt. Das Gasgemisch strömt durch die Öffnung 23 der Drosselplatte 22 und durch die Vielzahl von porösen Platten 19, welche die geschäumte Platte 21 und die Drahtgewebe 2o, 2o umfassen, und sodann durch die feinen Löcher in der Flammenlochplatte 16 am Boden der Verbrennungskammer 15. Durch eine nicht dargestellte Zündeinrichtung wird das Gasgemisch gezündet und eine Verbrennungsflamme 24 bildet sich über dem Flammenlöcher aufweisenden Bereich 17 der Flammenlochplatte 16 aus. Wie Figur 3 zeigt, strömt die Gasmischung durch die Öffnung der Drosselplatte 22 (wobei diese Öffnung 23 einen Durchmesser hat, welcher kleiner ist als der Durchmesser des eingedrückten Teils 17 der Flammenlochplatte 16). Sodann strömt die Gasmischung durch die Flammenlöcher 18 der Flammenlochplatte 16. Daher wird die Geschwindigkeit des Gasgemisches, welches vom peripheren Bereich der Öffnung 23 der Drosselplatte 22 ausströmt, im Bereich der porösen Platten 19 gesenkt, und zwar unter Ausbreitung in die peripheren Bereiche der porösen Platten 19 (o,3 m/sec), und das Gasgemisch tritt durch die Flammenlöcher 18 des Flammenlochbereichs 17 der Flammenlochplatte 16 aus, wobei die Strömungsgeschwindigkeit im mittleren Bereich der Flammenlochplatte 3 m/sec. beträgt.

Im folgenden soll nun die Konzentration des Brennstoffs im Brennstoffluftgemisch betrachtet werden. Dieses Brennstoffluftgemisch strömt durch die Flammenlöcher 18 des Flammen-

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löcher aufweisenden Bereichs 17 der Flammenlochplatte 16. Dabei ist die Konzentration des Brennstoffs im Brennstoffluftgemisch im peripheren Bereich der Flammenlochplatte höher als im mittleren Bereich der Flammenlochplatte 16. Im peripheren Bereich beträgt der Luftüberschuss das 1,1- bis 1,2-fach der theoretischen Luftmenge. Im mittleren Bereich beträgt der Luftüberschuss das 1,4- bis 1,5-fach der theoretischen Luftmenge. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Verbrennungsluft direkt durch die Durchgänge 8 im mittleren Bereich des Mischflügelrades 19 hindurchtritt und auf diese Weise direkt zum mittleren Bereich der Öffnung 23 der Drosselplatte 22 gelangt.

Somit wird durch die besondere Ausbildung der Flammenlochplatte 16 eine Senkung der Geschwindigkeit des Gasgemisches im peripheren Bereich der Flammenlochplatte 16 erreicht, so dass ein Abheben oder Zurückschlagen der Flamme verhindert wird. Wenn die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft erhöht wird, so beobachtet man gewöhnlich ein Abheben der Flamme. Da die Geschwindigkeit des Gasgemisches im mittleren Bereich der Flammenlochplatte 16 erhöht ist, so neigt die Flamme hier zum Abheben. Andererseits wird aber die Geschwindigkeit des Gasgemisches im peripheren Bereich der Flammenlochplatte derart niedriggehalten, dass hier ein Zustand aufrecht erhalten wird, welcher im Bereich des Zurückschiagens liegt, εο dass hierdurch die Verbrennungsflamme auch im mittleren Bereich der Flammenlochplatte zurückgehalten wird. Der zum Zurückschlagen neigende Bereich der Verbrennungsflamme im peripheren Bereich der Flammenlochplatte hält also den zum Abheben neigenden Bereich der Verbrennungsflamme im mittleren Bereich der Flammenlochplatte zurück, so dass insgesamt ein stabiler Zustand der Verbrennungsflamme aufrecht erhalten wird.

Die Konzentration des Brennstoffs im Gasgemisch, welches durch die Flammenlöcher 18 der Flammenlochplatte 16 strömt, ist im peripheren Bereich höher als im mittleren Bereich. Demzufolge kann ein Zurückschlagen dadurch verhindert werden, dass man die

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Durchgänge 8 des Mischflügelrades 9 derart wählt, dass im mittleren Bereich eine relativ niedrige Gaskonzentration vorliegt, so dass die Flamme im mittleren Bereich des durch die¹Flammenlochplatte 16 strömenden Gasgemisches zum Abheben neigt. Andererseits ist jedoch die Konzentration des Gases im Gasluftgemisch im peripheren Bereich hoch, so dass hier die Flamme zum Zurückschlagen neigt, so dass durch diesen peripheren Bereich der Flamme der mittlere Bereich der Flamme zurückgehalten und an der Flammenlochplatte 16 gehalten wird, so dass also insgesamt ein stabiler Zustand der Verbrennungsflamme aufrecht erhalten wird.

Bei der Ausführungsform, welche in den Zeichnungen dargestellt ist, sind am Boden des eingedrückten Bereichs 17 der Flammenlochplatte 16 eine Vielzahl feiner Löcher 18 vorgesehen. Man kann jedoch alternativ eine Flammenlochplatte 16 mit einer Aussparung vorsehen und im Bereich dieser Aussparung mit einer getrennten Platte, welche eine Vielzahl von feinen Löchern aufweist, bedecken. Bei vorstehend beschriebener Ausführungsform bestehen die porösen Platten 19 aus einer Vielzahl von einzelnen Platten, zum Beispiel aus Drahtgeweben 2o, 2o und aus einer geschäumten Metallplatte 21. Man kann jedoch anstelle der Vielzahl von porösen Platten 19 auch eine einzige Platte mit einer Vielzahl von Durchgängen vorsehen.

Bei vorstehend beschriebener Ausführungsform ist die Öffnung 23 der Drosselplatte 22 geringer als der Flammenlochbereich 17 der Flammenlochplatte 16. Alternativ kann jedoch die Öffnung 23 der Drosselplatte 22 die gleiche Grosse haben wie der Flammenlöcher aufweisende Bereich 17 der Flammenlochplatte 16, wenn die poröse Platte 19 in ihrem peripheren Bereich eine gröss ere Dicke aufweist als in ihrem mittleren Bereich, so dass auch in diesem Fall die Geschwindigkeit des durch die Flammenlochplatte 16 strömenden Gasgemisches im peripheren Bereich geringer ist als im mittleren Bereich.

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Claims

Patentansprüche

1. j Verbrennungseinrichtung mit einer eine Vielzahl von rlammenlöehern in einem vorzugsweise flächigen Flammenlochbereich aufweisenden Flammenlochplatte zwischen einer Mischkammer für die Vormischung des Brennmittels und der Verbrennungsluft und einer Verbrennungskammer, gekennzeichnet durch eine auf der der Mischkammer (5) zugewandten Seite der Flammenlochplatte (16) angeordnete poröse Platte (19) und eine dieser benachbarte Drosselplatte (9) konzentrisch zur Flammenlochplatte (16) und durch Einrichtungen (23 und/oder 8 bis 11) zur Realisierung eines Verbrennungszustandes, welcher im mittleren Teilbereich des Flammenlochbereichs (17) der Flammenlochplatte (16) im Gebiet oder in der Nähe des Gebietes des Flammenabhebens und im peripheren Teilbereich des Flammenlochbereichs (17) der Flammenlochplatte (16) im Gebiet oder in der Nähe des Gebietes des Flammenrückschlags liegt, durch Steuerung des Strömungsgeschwindigkeitsprofils und/oder des Brennmittelkonzentrationsprofils.

2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (22) eine Öffnung (23) aufweist, welche kleiner ist als der Flammenlochbereich (17) der Flammenlochplatte (16), so dass die durch die Öffnung (23) der Drosselplatte (22), durch die poröse Platte (19) und durch die Flammenlochplatte (16) strömende Gasmischung im peripheren Teilbereich des Flammenlochbereichs (17) der Flammenlochplatte (16) eine geringere Strömungsgeschwindigkeit erhält als im mittleren Teilbereich des Flammenlochbereichs (17) der Flammenlochplatte (16).

3. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein in der Mischkammer (5) und mit vorbestimmtem Abstand zur Drosselplatte (22) angeordnetes Mischflügelrad (9) für die Durchmischung von Brennmittel und Verbrennungsluft, welches in seinem mittleren Bereich mindestens einen

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Durchgang (8) für den direkten Durchtritt eines Teils der in die Mischkammer (5) eingeführten Verbrennungsluft zum mittleren Teilbereich der Öffnung (23) der Drosselplatte (22) und des Flammenlochbereichs (17) der Flammenlochplatte (16) aufweist, so dass die Konzentration des Brennmittels im Gasgemisch, welches aus der Mischkammer (5) durch die Öffnung (23) der Drosselplatte (22), durch die poröse Platte (19) und durch den Flammenlochbereich (17) der Flammenlochplatte (16) in die Verbrennungskammer (15) strömt, im peripheren Teilbereich des Flammenlochbereichs (17) der Flammenlochplatte (16) grosser ist als im mittleren Teilbereich.

4. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (23) der Drosselplatte (22) die gleiche Grosse hat wie der Flammenlochbereich (17) der Flammenlochplatte (16) und dass die poröse Platte (19) in ihrem peripheren Teilbereich eine grössere Dicke hat als in ihrem mittleren Teilbereich.

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