DE2552374C2 - Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff - Google Patents
Brenner für flüssigen oder gasförmigen BrennstoffInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, der mit c.nem einen hohlkegelförmigen
Luftstrom in avn Brennraum abgebenden Luftkanal und einer Brennstoffzuii ?irung versehen ist,
die Brennstoff in den Luftstrom unter Erzeugung eines Gemisches sprüht.
Ein Brenner dieser Art für flüssigen Brennstoff ist aus der US-PS 30 03 548 bekannt. Dieser weist im Zentrum
des Luftkanals ein Brennstoffzufuhrrohr auf, das den Brennstoff in Form eines Hohlkegels von innen an den
Luftstrom heranführt. Hierdurch wird eine allmähliche über den Umfang gleichmäßige Vermischung der
Verbrennungsmedien und eine stabile Verbrennung erreicht. Dies ist auch bei der Verwendung von
gasförmigem Brennstoff anstelle flüssigen Brennstoffs zu erwarten.
Ferner geht aus der DD-PS 25 151 hervor, die Brennstoffzuführung einer Verbrennungseinrichtung
für flüssigen Brennstoff durch mehrere über den :o Umfang eines hohlkegelförmigen Luftstromes verteilte
Brennstoffzufuhrrohre zu bilden.
Schließlich ist nach dem Verbrennungsverfahren gemäß der DE-OS 24 08 635 bekannt, je ein unter- und
ein überstöchiometrisches Brennstoff-Luftgemisch benachbart und zusammen zu verbrennen, und zwar mit
Hilfe eines Brenners mit durch unterschiedliche Teilgemische beaufschlagten Düsen.
Hiermit sind hinsichtlich des thermischen Wirkungsgrades bereits sehr gute Werte erzielbar, die Konzentration
von Stickoxiden in den Abgasen ist jedoch noch relativ hoch und die Brennerkonstruktion ist sehr
aufwendig.
Der Erfinduüg liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der
eine weitgehend vollständige Verbrennung mit einem niedrigen Gehalt an Stickoxiden in den Abgasen
ßewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffzuführung mehrere Auslässe aufweist,
die derart ausgebildet sind, daß über den Umfang des hohlkegelförmigen Luftstroms örtlich Teilgemische
mit über- und unterstöchiometrischem Luftverhältnis bestehen.
Die weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes geht aps den Unteransprüchen hervor.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin,
daß die Verbrennung durch die im Aufbau einfache Brennerkonstruktion so steuerbar ist, daß der Sauerstoffgehalt
im Brennstoff-Luftgemisch insgesamt niedrig, & h. im Bereich der theoretisch notwendigen Menge
gehalten werden kann und die Verbrennung im Bereich außerhalb hoher Flammentemperatur stattfindet, wodurch
ein stickoxidarmes Abgas erreicht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Vertikalschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners,
F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in F i g. 1,
Fig.3 einen Vertikalschnitt einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
F i g. 4 eine Ansicht des Brenners gemäß F i g. 3 vom Brennraum her,
F i g. 5 eine Vergcößerung des in F i g. 3 eingekreisten
Bereichs VI,
F i g. 6 eine Ansicht in Richtung VlI-VII in F i g. 5,
F i g. 7 die Abwicklung einer Reihe von Zerstäubern, die die Achse des Brenners gemäß F i g. 3 umgeben,
Fig.8 einen Vertikalschnitt einer dritten Ausführungsform
der Erfindung und
F i g. 9 eine Ansicht auf den Brenner gemäß F i g. 8 vom Brennraum her.
Die Fig. 1 und 2 stellen die erste Ausführungsform der Erfindung dar. Die Ofenwand 1 hat eine öffnung 2,
die sich nach innen kegelig erweitert und deren Umfangswand mit einem in die Öffnung eingesetzten
Trichter 3 einen schmalen (vorzugsweise nicht mehr als 100 mm breiten) kegelförmigen Luftkanal 4 bildet. Am
engeren Ende des Trichters 3 ist ein Primärluftrohr 5 angeschlossen, das an seinem anderen Ende mit einem
Flansch 6 versehen ist, der von einem Primärluft-Regulierzylinder 7 umgeben ist. In gleicher Weise ist ein
Sekundärluftrohr 55, das mit einem Ende mit dem Rand der öffnung 2 verbunden ist, am anderen Ende mit
einem Flansch 66 versehen, der von einem Sekundärluft-Regulierzylinder
77 umgeben ist. Am brennraumseitigen Ende des Trichters 3 ist mit mittels eines Wirbiers 8 ein
Brennstoffzufuhrrohr 9 befestigt, dessen rückwärtiges Ende in einem Gleitlager 15 in der Frontplatte 13
verschiebbar gelagert ist. Das Brennstoffzufuhrrohr 9 ist im Zentrum der Luftreguliervorrichtung angeordnet.
Die Brennstoffeinspritzdüse des Brennstoffzufuhrrohres 9 ist so eingestellt, daß der Streuwinkel <x des
erzeugten Brennstoffstromes 22 zur Brennerachse 16 größer ist als der Streuwinkel β des Luftstromes 21 zur
Brennerachse 16. Weiterhin ist der Düsenwinkel so eingestellt, daß der Brennstoffstrom 22 vom Zerstäuberkopf
einen bestimmten Weg L zurücklegen muß, bis er in Kontakt mit dem ihn umgebenden Luftstrom 21 im
Brennraum kommt. Der Weg L wird vorzugsweise nicht kürzer als 0,5 m eingestellt.
Der Brennstoff wird in Form eines Sprühwinkels eingespritzt, aber das Luftverhältnis (Luttüberschuß)
des sich ergebenden Vorgemisches wird bewußt über den Umfang verändert. Zu diesem Zweck sind die vielen
Öffnungen des Brennstoffzufuhrrohres dergestalt ausgebildet, daß sie solche Querschnittsflächen und eine
solche Dichte haben, daß für veränderte Luftüberschußwerte gesorgt ist. So hat z. B. das Vorgemisch in der
rechten Hälfte der F i g. 2 einen Luftüberschußwert von weniger als 1 und in der linken Hälfte einen von sehr viel
mehr als 1.
Die Wirkungsweise des Brenners ist folgende:
Ein Teil der Verbrennungsluft 12 strömt vom Windkasten 14 zwischen der Frontplatte 13 und dem
Flansch 6 hindurch in das Primärluftrohr 5 bzw. in den zwischen dem Rohr 5 und Brennstoffzufuhrrohr 9
gebildeten Kanal, und wird dann vom Wirbler 8 verwirbelt und gelangt schließlich als Primärluftstrom
20 in den Brennraum 25. Der Luftstrom wird z. B. durch den Primärluftregulierzylinder 7 gesteuert, indem dieser
in Richtung auf die Frontplatte 13 oder von ihr weg bewegt wird.
Der restliche Teil der Verbrennungsluft 12 aus dem Windkasten 14 strömt zwischen den beiden Flanschen 6
und 66 hindurch und dann durch den zwischen den Primär- und Sekundäriuftrohren 5 und 55 gebildeten
Ringkanal und wird schließlich als Sekundärluftstrom 21 durch den kegelförmigen Kanal 4 in den Brennraum 25
geblasen. Diese Luftzufuhr wird z. B. dadurch gesteuert, daß der Sekundärluftregulierzylinder 77 in Richtung auf
den Flansch 6 oder davon weg bewegt wird.
Der freie Querschnitt des Luftkanals 4 kann durch Verschieben des Brennstoffzufuhrrohres 9 verändert werden.
Der freie Querschnitt des Luftkanals 4 kann durch Verschieben des Brennstoffzufuhrrohres 9 verändert werden.
Da der Brennstoff kegelförmig eingespritzt wird, wird
der Brennstoffstrom 22 erhitzt und verdampft, während er die heiße Verbrennungsgasschicht passiert, d. h.
bevor er den Luftstrom 21 erreicht. Der verdampfte Brennstoff mischt sich dann mit der Luft und verbrennt
zusammen mit dieser als ein Vorgemisch, das örtlich einheitlich ist, aber sich hinsichtlich des Luftüberschusses
zwischen der rechten und linken Brennerhälfte ändert.
Der Brenner ist besonders gut dort geeignet, wo er zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff mit geringer
Verdampfungsfähigkeit eingesetzt wird.
Es wird nun die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die in den F i g. 3 bis 7 dargestellt
ist.
Die Ofenwand hat eine Öffnung 2, dip sich nach innen kegelig erweiten und deren Umfangswand mit einem in
die öffnung eingesetzten Trichter 3 einen schmalen (vorzugsweise nicht mehr als 100 mm breiten), kegelförmigen
Luftkanal 4 bilde». Am engeren Ende des Trichters 3 ist ein Primärluftrohr 5 angeschlossen, das an
seinem anderen Ende mit einem Flansch 6 versehen ist, der von einem Primärluft-Regulierzylinder 7 umgeben
ist. In gleicher Weise ist ein Sekundärluftrohr 55, das mit einem Ende mit dem Rand der Öffnung verbunden ist
am anderen Ende mit einem Flansch 66 versehen, der von einem Sekundärluft-Regulierzylinder 77 umgeben
ist. Im Trichter 3 ist ein Wirbler 8 angeordnet. Rings um das Auslaßende des Luftkanals 4 ist eine Vielzahl von
Brennstoffzufuhrrohren 99 mit Auslässen (öffnungen) 15 an der Spitze angeordnet, die sich in der Mitte der
gedachten Verlängerung des Luftkanals 4 befinden (Fig-5). Die Querschnitte und/oder die Zahl der
öffnungen 15 sind so gewählt, daß sich Brennstoffzufuhrrohre 99, die Luftüberschußwerte von sehr viel
größer als 1 und weniger als 1 erzeugen, der Reihe nach abwechseln.
Die Wirkungsweise der zweiten Brennerausführung ist folgende:
Ein Teil der Verbrennungsluft 12 strömt von Windkasten 14 zwischen der Frontplatte 13 und dem
Flansch 6 hindurch in das Primärluftrohr 5, wird vom Wirbler 8 mit einem Drall versehen und wird dann als
Primärluftstrom 20 dem Brennraum 25 zugeführt. Der Luftstrom wird z. B. durch den Primärluftregulierzylinder
7 gesteuert, indem dieser in Richtung auf die Frontplatte 13 oder von ihr wegbewegt wird.
Der restliche Teil der Verbrennungsluft 12 aus dem Windkasten 14 strömt zwischen den beiden Flanschet: 6
und. 66 hindurch und dann durch den zwischen den Primär- und Sekundärluftrohren 5 und 55 gebildeten
Ringkanal und wird schließlich als Sekundärluftstrom 21
is durch den kegelförmigen Kanal 4 dem Brennraum 25 zugeführt. Die zugeführte Luftmenge wird z. B. dadurch
gesteuert, daß der Sekundärluftregulierzylinder in Richtung auf den Flansch 6 oder davon weg bewegt
wird.
Der freie Querschnitt des Luftkanals 4 kann durch axiales Verschieben des Trichters 3 ei/vestellt werden.
Der Brennstoff wird von den Brennsioirr-uuhrrohren
99 in Form von Brennstoffströmen 22 in den aus dem Kanal kommenden Luftstrom 21 geblasen. Die Strömung
der Brennstoffströme 22 aus den Öffnungen 15 und der L'iftstrom 21 aus dem Luftkanal 4 wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die Fig.5 bis 7 beschrieben.
Jedes Brennstoffzufuhrrohr besitzt eine Anzahl von öffnungen längs der Mittelebene seines Kopfes
tangential zum Weg des Luftstromes 21. Jede Öffnung hat eine trichterförmige Erweiterung am äußeren Ende
(Fig.5 und 6). Die Brennstoffströme 22 werden vom Luftstrom 21 abgelenkt und gleichmäßig verteilt (siehe
Bezugszeichen 26 in Fig.6). Auf diese Weise wird der
Brennstoff schnell und gründlich mit Luft für die Verbrennung gemischt.
Im Brennraum wird der Brennstoff in dem Bereich, wo der Luftüberschußwert des Vorgemisches, das von
«ο den Brennstoffströmen 22 aus dem Brennstoffzufuhrrohr
99 mit dem Luftstrom 21 durch Diffusionskontakt gebildfc. wird, kleiner als 1 ist, nicht vollständig
verbrannt. Der noch unverbrannte Brennstoffanteil verbrennt nach und nach im benachbarten Bereich mit
Luftüberschuß bei einem Wert größer als 1 bis zur vollständigen Verbrennung.
Es wird nun die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners (Fig.8 und 9) beschrieben.
>° Hier handelt es sich um eine Abwandlung der zweiten
Ausführungsform, die mit einem zusätzlichen Brennstoffzufuhrrohr 9 im Zentrum versehen ist. Dieses
Brennstoffzufuhrrohr 9 ist in der Brennerachse 16 angeordr.;! und brennraumseitig mittels des Wirbiers 8
am Trichter befestigt. Sein anderes Ende ist verschiebbar in einem Gleitsitz 55 in der Frontplatte 13 gelagert.
Die Brennstoffeinspritzdüse des Brennstoffzufuhrrohres 9 ist so eingestellt, daß der Streuwinkel α des
erzeugten Brennstoffstromes 22 zur Brennerachse
ω größer ist als der Streuwinkel β des Luftstromes 21 zur
Brennerachse. Weiterhin ist der Düsenwinkel so eingestellt, daß der Brennstoffstrom 22 von der Düse
einen bestimmten Weg L zurücklegen muß, der vorzugsweise 0,5 m oder mehr beträgt, bis er in Kontakt
mit dem ihn umgebenden Luftstrom 21 im Brennerraum 25 kommt.
Die Querschnitte und/oder die Dichte der Düsenöffnungen sind so gewählt, daß der Luftüberschuß der
Mischung ringsherum variiert, obwohl der Brennstoff ring- und kegelförmig versprüht wird. Auch die
Brennstoffzufuhrrohre 99, die im Kreis angeordnet sind, sind im Hinblick darauf gestaltet, die eingespritzte
Brennstoffmenge zu variieren, z. B. zwischen den rechten fünf und den linken fünf Brennstoffzufuhrrohren
(F ig· 9)·
Weise:
Brennstoff, der gasförmig oder flüssig mit hoher Verdampfungsfähigkeit ist, wird von den Brennstoffzufiihrrohren 99 in den Luftstrom 21 eingespritzt, so daß
Brennstoff und Luft sich durch Kontakt am Ausgang des Brenners mischen. Im Falle eines flüssigen Brennstoffs
werden die gleichmäßig zerstäubten Flüssigkeitstropfen durch die Hitze des heißen Brennraumes verdampft und
der Dampf bildet ein gasförmiges Vorgemisch mit der
Wenn der Brennstoff flüssig ist und eine niedrige Verdampfungsfähigkeit besitzt, dann wird er vom
Brennstoffzufuhrrohr 9, das in Abstand vom Ausgang des Luftkanals 4 angeordnet ist, eingespritzt. Indem er in
die heiße Brennraumatmosphäre eingespritzt und darin einen Weg zurücklegen muß, wird der Brennstoff erhitzt
und verdampft. In diesem Zustand trifft er auf den Luftstrom und wird damit gemischt. Das so gebildete
Vorgemisch kommt dann im Brennraum 25 zur Verbrennung. Mit dieser Brennerausführung werden
reiche und magere Gemische in derselben Weise ausgebildet, wie im Zusammenhang mit der zweiten
Brennerausführung beschrieben, jedoch können mit dieser Ausführung auch flüssige Brennstoffe mit
niedriger Verdampfungsfähigkeit sehr gut verbrannt werden.
Claims (4)
1. Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe,
der mit einem einen hohlkegelförnngen Luftstrom
in den Brennraum abgebenden Luftkanal und einer Brennstoffzuführung versehen ist, die Brennstoff
in den Luftstrom unter Erzeugung eines Gemisches sprüht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstoffzuführung mehrere Auslässe aufweist, die derart ausgebildet sind, daß über den
Umfang des hohlkegelförmigen Luftstroms (21) örtlich Teilgemische mit über- und unterstöchiometrischem
Luftverhältnis bestehen.
2. Brenner nach Anspruch 1, mit einer im Zentrum des Luftkanals angeordneten Brennstoffzuführung
in Form eines Brennstoffzufuhrrohres, dadurch gekennzeichnet, daß die im Brennstoffzufuhrrohr (9)
ausgebildeten Auslässe im Querschnitt variieren.
3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d&S die Brennstoffzuführung von mehreren
über den Umfang des hohlkegelförmigen Luftstromes (21) verteilten Brennstoffzufuhrrohren (99) mit
Auslassen (15) gebildet ist
4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Brennstoffzufuhrrohr
(9) mit Auslassen im Zentrum des Luftkanals (4) angeordnet ist (F i g. 8).
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