DE2659089C3

DE2659089C3 - Brenner, insbesondere für flüssige Brennstoffe

Info

Publication number: DE2659089C3
Application number: DE2659089A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 7959 Schwendi Kopp
Original assignee: Max Weishaupt 7959 Schwendi GmbH
Current assignee: Max Weishaupt 7959 Schwendi GmbH
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1979-06-07
Also published as: BR7708633A; DE2659089A1; AT366487B; DK573577A; SE7714105L; SE426339B; JPS5654525B2; FR2375545A1; ATA905677A; BE862313A; FR2375545B1; CH626151A5; DK143300C; IT1090699B; PT67450B; US4201538A; NO143590C; NL7714381A; CS203180B2; GR64100B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner, insbesondere für flüssige Brennstoffe, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Brenner dieser Art

2Q ist bekannt (GB-PS 945 880, DE-OS 1501904).

Die Zerstäuberdüsen solcher Brenner, insbesondere bei Ausgestaltung als Großbrenner, sind als Regeldüsen ausgebildet. Stromauf der Mündung dieser Regeldüsen ist eine Wirbelkammer vorgesehen, der

•25 das öl tangential zugeführt wird. In Richtung der Zerstäuberdüsen-Achse ist eine Bohrung angeordnet, die der Rückführung des bei Teillast nicht benötigten Brennstoffes dient. Erreicht wird, daß die beim Teillastbetrieb ausfließende, verhältnismäßig geringe

so Brennstoffmenge unter einem verhältnismäßig großen Winkel, zum Beispiel von 100-120° ausströmt und einen Nebel bildet, dessen Tröpfchen verhältnismäßig klein sind. Die Brennstoffmenge steht unter einem verhältnismäßig hohen Druck, beispielsweise einem solchen von 30 bar. Während des Teillastbetriebes wird der größte Teil der der Wirbelkammer zugeführten Brennstoffmenge unter einem verhältnismäßig niedrigen Druck, beispielsweise von 6 bar ri'ckgeführt, so daß die in der Wirbelkammer verbleibende

-to Brennstoffmenge in dieser mit eh. ;r verhältnismäßig hohen Drallgeschwindigkeit umläuft, so daß sich dieser verhältnismäßig große ZerEtäuberwinkel ergibt. Da die Brennstoff-Tröpfchen verhältnismäßig klein sind, nehme η sie verhältnismäßig schnell die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft an, so daß sie, wird die Verbrennungsluft unter Drall zugeführt, an dieser drehenden Bewegung der Luft teilnehmen. Durch diese Drall-Luft bildet sich im Bereich der Zerstäuberdüse ein Unterdruckgebiet, was zu einer

Rückströmung der Gase in Richtung auf den ölnebel führt, so daß dessen Geschwindigkeit abgebremst wird. Dieser ölnebel wird dadurch nach außen bewegt, was beim Verbrennen desselben zum Koksansatz an den die Zerstäuberdüse umgebenden Flächen der Mischeinrichtung führt. Man hat daher bisher vorgesehene Metallflächen (GB-PS 945 880) durch eine Muffel (DE-OS 1501904) ersetzt, die während des Brennerbetriebes zum Glühen kommt, um den gebildeten Koksansatz zu verbrennen.

Wird nun vom Teillast-Betrieb auf Voll-Lastbetrieb übergegangen, dann wird der größte Teil der der Wirbelkammer zugeführten Brennstoffmenge, insbesondere bei Schweröl bzw, die gesamte Brennstoffmenge über die einen verhältnismäßig geringen Querschnitt aufweisende Zerstäuberdüse in den Brennraum gesprüht, Wozu ein verhältnismäßig hoher statischer Druck in der Wirbelkammer notwendig ist. Da sich in diesem Fall eine verhältnismäßig geringe

Differenz zwischen dem Druck vor und dem Druck in der Wirbelkammer ergibt, ist die Umlaufgeschwindigkeit des Öls in der Wirbelkammer wesentlich geringer als dann, wenn im TeillasuBetrieb gefahren wird. Dementsprechend ergibt sich auch ein kleinerer Zerstäubungswinkel und es vergrößert sich die Größe der Brennstofftropfen. Dadurch erhöht sich die für einen völligen Ausbrand der Brennstoffteilchen notwendige Verweilzeit derselben in der Brennkammer, wodurch verhältnismäßig lange Brennkammern vorgesehen werden müssen.

Aus Vorstehendem folgt, daß die vorerwähnten Großbienner im Vollast-Betrieb einwandfrei arbeiten, wenn die erforderliche Verweilzeit gegeben ist, während im Teillast-Bereich die zurückströmenden Gase die Tröpfchen des Brennstoffnebels zur Vorderfläche der Mischeinrichtung zurücktragen und dort zum Koksansatz führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Brenner der eingangs genannten Art die Luftzufuhr so zu bewirken, daß auch während des Teillast-Betriebes ein vollständiger Ausbrand erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Hinzufügung der im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale zu denen des Oberbegriffs. Dadurch wird die gestellte Aufgabe einwandfrei gelöst und erreicht, daß die nach dem Zünden erzeugte Flamme sowohl im Teillast-Bereich als auch während des Überganges zum Vollastbereich und im Vollastbereich stabil brennt, ohne an irgendwelchen Flächen der Mischeinrichtung zur Anlage zu kommen, weil beim Übergang vom Teillast-Betrieb auf den Vollastbetrieb Luft durch den ersten Drallkörper hindurchtreten kann und durch Öffnen des Einlasses des zweiten, außen liegenden Drallkörpers durch letzteren ein zunehmender Gegendrall erzeugt wird. Dadurch wird der Drall der den ersten Drallkörper durchströmenden Luft verringert, denn diesem Drall wirkt der Drall der durch den zweiten Drallkörper geleitete ι Luft entgegen, wodurch das Nachaußenschleudern der Brennstoffietlchen verhindert wird. Es ist zwar bekannt, bei öl- und Gasbrennern (DD-PS 65616) Luftleitrohre koaxial zum Brennstoffzufuhrrohr verschiebbar anzuordnen, um eine einwandfreie Vermischung in allen Lastbereichen zu erzielen, dabei wird jedoch keiner der Teilquerschnitte der Luftzuführung völlig verschlossen.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei Ausbildung des Schiebegliedes nach den Patentansprüchen 2 und 3 ka.in man die für den Teillastbetrieb erforderliche Luftmenge genau einstellen. Ist diese Einstellung durchgeführt worden, dann sind die beiden innen liegenden Schließkörper so gegenüber dem Schiebeglied festzulegen, daß sie sowohl den Einlaß zu der." die Zerstäuberdüse umfassenden ersten Drallkörper als auch den Einlaß zu dem Drallkörper abschließen, dessen Drallrichtung dem vorgenannten ersten Drallkörper entgegengesetzt ist.

Um die Flammenform beeinflussen zu können, den Durchmesser der Flamme beispielsweise zu vergrößern, empfiehlt es sich, die Anordnung nach Patentanspruch 4 vorzunehmen.

Man kann auch das dem äußeren Luftführungsrohr nächstliegende Luftführungsrohr mit einem konvergierenden Endkegel ve^ehen, um zu erreichen, daß die Flamme bei Teillast und bei Vollast in etwa den gleichen Durchmesser hat.

Wird auch das äußere Luftführungsrohr mit einem konvergierenden Endkegel versehen, dann läßt sich der Flammendurchmesser auch in beiden Lastbereichen noch weiter verringern, die Flamme wird also schlanker. Eine derart erzeugte, schlanke Flamme kann auch verbreitert werden, wenn man gemäß Anspruch 4 das Brennstoffzufuhrrohr mit der Zerstäuberdüse und den Drallkörpern, dem den kleinsten Durchmesser aufweisenden Luftführungsrohr und den innen liegenden Schließkörpern gegenüber den außen liegenden Luftführungsrohren verschiebt. Da das Schiebeglied mit dem außen liegenden Schließkörper in seiner Lage verbleibt, sind die innen liegenden Schließkörper dann gegenüber dem erstgenannten Schließkörper neu einzustellen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der mehrere Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulichenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brennerkopf, dessen Mischeinrichtung innerhalb des Luftführungsrohres angeordnet ist, wobei die Teile des Brennerkopfes in der oberen Hälfte in der Lage dargestellt sind, die dem Teillast-Betrieb entspricht, während in der unteren Hälfte die Teile in der Lage dargestellt sind, die dem Vollastbetrieb entspricht,

Fig. 2 den Brenner nach Fig. 1, jedoch ist hier die Mischeinrichtung gegenüber dem Luftführungsrohr nach rechts versetzt angeordnet,

Fig. 3 den Brenner nach Fig. 1, jedoch ist hier eines der außen liegenden Luftführungsrohre mit einem konvergierenden Endkegel versehen,

Fig. 4 den Brennerkopf nach Fig. 1, wobei auch das eigentliche Luftführungsrohr mit einem konvergierenden Endkegel versehen ist, und

Fig. 5 den Brenner nach Fig. 4, nach Verschieben der Mischeinrichtung nach rechts, wie dies schon in Fig. 2 veranschaulicht wurde.

In einem hohlzylindrischen Luftführungsrohr 1 ist konzentrisch ein Brennstoff-Zufuhrrohr 3 mit Zerstäuberdüse 4 angeordnet. Ein aus einem ortsfesten Gebläserad gebildeter Drallkörper 5 umfaßt das Brennstoff-Zufuhrrohr 3 stromauf der Zerstäuberdüse 4 mit verhältnismäßig großem Abstand, so daß zwischen dem Drallkörper 5 und dem Prennstoff-Zufuhrrohr ein Ringraum 6 gebildet ist, der stromauf durch eine Wand 7 im wesentlichen abgeschlossen ist. Im Bereich dieses Raumes 6 sind das Brennstoff-Zufuhrrohr 3 und die Zerstäuberdüse 4 von einer Hülse 8 umfaßt, zwischen der und dem Brennstoff-Zufuhrrohr und der Zerstäuberdüse durch Pfeile 9 angedeutete Luftströmen kann, die Zerstäuberdüse 1 also von Luft umspült wird. Zwischen der quer zum B.eni.stoff-Zufuhrrohr 3 verlaufenden Wand 7 und der Umfangsfläche des Brennstoff-Zufuhrrohrer ist also ein Ringspalt 10 vorgesehen. Die Hülse 8 weist Austrittsöffnungen 12 auf, die den durch den Ringspalt 10 hindurchtretenden Luftstrom auch teilweise nach außen führer und besteht hier aus zwei konzentrisch angeordneten Hülsenteilen 8' und 8", was eine einfachere Fertigung ermöglicht. Der Hülsenteil 8" ist mit einem konvergierenden Endkegel &/" versehen.

Zwischen dem Drallkörper 5 und dem Luftführungsrohr 1 sind zwei weitere Luftführungsrohre 13 und 14 angeordnet, von denen das innen liegende Luftführungsrohr 14 mit eitlem nach außen gerichteten, also divergierenden Endkegel 16 versehen ist.

Das außen liegende Luftzufuhrröhr 13, welches mit dem Luftführungsrohr 1 einen Ringfaum 17 bildet, ist innen mit einer Einschnürung 18 versehen, die hier aus einem verformten Blechteil besteht. Eine ähnliche Einschnürung 19 weist auch das innen liegende Luftführungsrohr 14 auf. Im Bereich dieser Einschnürung 19 sind zwei Drallkörper 20 und 21, einander umfassend, angerodnet, von denen der kleinste Durchmesser des inneren Drallkörpers 21 mit der Axialmündung 5' des Drällkörpers 5 verbunden ist, so daß innerhalb des innen liegenden Luftführungsrohres 14 geführte Luft durch die beiden Drallkörper 20 und 21 hindurchtreten kann. Mit Ausnahme während des sogenannten Teillast-Betriebes strömt dann die im Luftführungsrohr 1 geführte Luft, von innen nach außen gesehen, durch den Ringspalt 10, durch den Drallkörper 5, die Drallkörper 21 und 20, zwischen den beiden Luftführungsrohren 13 und 14 und durch

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dargestellten Brennraum.

Da nun auf dem Brennstoff-Zufuhrrohr 3 ein Schiebeglied 22 verschieb- und damit einstellbar angeordnet ist, an dem über Arme 23 ein hohler Kegelmantelstumpf 24, der auch als Kreisscheibe ausgebildet sein kann, und über Arme 25 ein Hohlzylinder 26 angeordnet sind, kann die Luftzufuhr zum Drallkörper 5 und zum Ringraum 27 zwischen den Luftführungsrohren 13 und 14 unterbrochen werden. Die Arme 25 sind zum einfachen Anpassen des Hohlzylinders 26 an den Drallkörper 5 gegenüber dem Schiebeglied 22 verstell- und festlegbar, wie durch Haltemittel 28 angedeutet. Darüber hinaus ist am Hohlzylinder 26 über Arme 29 eine Kreisringscheibe 30 angeordnet, die hier den äußeren Drallkörper 20 abzuschließen gestattet, so daß die über den Raum 31 zugeführte Verbrennungsluft nur durch den Drallkörper 21 ausströmen kann, wenn die Kreisringscheibe 30 den Drallkörper 20 abschließt. Im Teillastbereich sind also in diesem Fall der Drallkörper 5, der Drallkörper 20 und der Raum 27 abgeschlossen, also nicht von Verbrennungsluft durchströmt, was dem Teillast-Bereich entspricht.

Um die beiden Lagen des Schiebeglieds in der Zeichnung darzustellen, ist im oberen Teil der Zeichnung, getrennt durch die Linie 32, die Stellung der Teile im Teillastbereich und im unteren Teil die Stellung der Teile im Vollast-Betrieb bzw. in anderen Lastbereichen veranschaulicht, so daß auch erkennbar ist, welche Teile des Brenners ortsfest, also unverschiebbar angeordnet sind.

DauerversucH: haben ergeben, daß ein solcher Brenner nicht nur mit Leichtöl, sondern auch mit Mittelöl und mit Schweröl einwandfrei arbeitet und daß verhältnismäßig kurze, schlanke Flammen erzeugt werden können, ohne daß während des Dauerbetriebes Köksansätze und öltropfen bemerkt wurden.

Wenn man nun, wie dies Fig. 2 zeigt, das Brennsfoff-Zufuhrrohr 3 mit Zerstäuberdüse 4, den Drallkörpern 5, 20 und 21, den Schließkörpern 26 und 30 Und dem Luftführungsrohr 14 mit Endkegel 16 aus

ίο der Lage nach Fig. 1 in die Lage nach Fig. 2 verschiebt, es ist dann nur dafür zu sorgen, daß auch dann die Schließkörper 26 und 30 die Drallkörper 5 bzw. 20 abschließen, ist man in der Lage, den Durchmesser der Flamme zu vergrößern, soweit dies entsprechend der Gestaltung des Brennraumes zweckdienlich erscheint.

Man kann auch, wie dies Fig. 3 veranschaulicht, den Brennerkopf nach Fig. 1 dadurch ändern, daP m2P ^*¹"* Ϊ nftf»il-iriinocmlir 1 Λ pinion IfοηνΡΓοΐβΓΚπΗβη Endkegel 15 zuordnet, wodurch der Durchmesser der Flamme verringert werden kann. Der Durchmesser der Flamme bleibt dann sowohl bei Teillast als auch bei Vollast im wesentlichen gleich.

Auch in diesem Fall kann man die zum AusführungsbeispielderFig. 2 oben erläuterte Verschiebung der inneren Teile der Mischeinrichtung vorsehen und erreicht dann wieder eine Verbreiterung der Flamme bei Voi'ist, da in diesem Fall, wie im Fall der Fig. 2, die durch den Ringraum 27 hindurchströmende Luft nach außen gerichtet verläuft.

Im Falle des Alisführungsbeispiels der Fig. 4, die eine Weiterentwicklung des Amf ührungsbeispiels der Fig. 3 zeigt, ist auch dem Luftführungsrohr 1 ein konvergierender Endkegel 2 zugeordnet, wodurch die Flamme sowohl bei Teillast als auch bei Vollast verhältnismäßig kurz und schlank gestaltet wird.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 zeigt schließlich den Verschiebevorgang, der oben schon zu den Fig. 2 und 3 erläutert worden ist, es läßt sich hier die Flamme gegenüber dem Fall der Fig. 4 verbreitern.

Wenngleich sich der vorerwähnte Brenner besonders gut für die Verbrennung flüssiger Brennstoffe eignet, wurde durch Versuche festgestellt, daß mit einem solchen Brener auch gasförmige Brennstoffe verbrennbar sind. In dem Versuchsfall wurden Gas-Zufuhrleitungen so angeordnet, daß deren Enden den divergierenden Endkegel 16 durchgriffen, die Mündungen dieser Gas-Zufuhrleitungen also im Raum 33

so mündeten, der von diesem Endkegel 16 umfaßt ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner, insbesondere für flüssige Brenn- $toffe, mit einem in einem äußeren Luftführungsrohr konzentrisch angeordneten, von einer Luft führenden Hülse teilweise umfaßten Brennstoff-Zufuhrrohr mit Zerstäuberdüse, und mit einem das Brennstoff-Zufuhrrohr stromauf der Zerstäuberdüse umfassenden Drallkörper, der aus einem ortsfesten, vom Umfang her mit Verbrennungsluft beaufschlagbaren Laufrad besteht, wobei die Verbrennungsluftmenge stromauf des Brennerkopfes in Abhängigkeit vom jeweiligen Brennstoff-Durchsatz regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwischen dem Drallkörper (S) und dem Luftführungsrohr (1) liegenden Raum zwei weitere Luftführungsrohre (13,14) angeordnet sind, von denen das den kleinsten Durchmesser aufweisende (14) mit einem nach außen gerichteten t.ndkegel (16) versehen ist, daß koaxial stromab des das Brennsiofi-Zufuhrrühr (3) umfassenden ersten Drallkörpers (5) ein zweiter (20) und ein dritter (21) Drallkörper mit entgegengesetzter Drallrichtung, radial aneinander grenzend, angeordnet sind, wobei die Drallrichtung des inneren Drallkörpers (21) der Drallrichtung des ersten Drallkörpers (5) entspricht, der kleinere Durchmesser des inneren Drallkörpers (21) mit der Mündung (S') des ersten Drallkörpers (5) verbunden ist und der größere Durchmesser des äußeren Drall'· örpers (20) zwischen einem zylindrischen Teil des den kleinsten Durchmesser aufweisenden Luftführungsrohres (14) und dessen nach außen gerichtetem Endkegel (16) liegt, und daß ein Schiebeglied (22) vorgesehen ist, welches bei Teillast des Brenners sowohl den Einlaß zum ersten (5) und den Einlaß zum zweiten (20), den dritten Drallkörper (21) umfassenden Drallkörper als auch den Raum (27) zwischen den beiden weiteren Luftführungsrohren (13, 14) im wesentlichen abschließt und in anderen Lastbereichen freilegt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebeglied (22) mit drei jeweils koaxial zur Längsachse des Brennstoff-Zufuhrrohres (3) angeordneten Schließkörpern (24, 26,30) verschen ist, von denen der Schließkörper (26) mit dem kleinsten Durchmesser als Hohlzylinder, der nach außen hin folgende Schließkörper (30) als Kreisringscheibe und der außen liegende Schließkörper (24) als Kreisringscheibe oder als hohler Kegelmantelstumpf ausgebildet sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden innen liegenden Schließkörper (26, 30) am Schiebeglied (22) einstellbar angeordnet sind.

4. Brenner mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff-Zufuhrrohr (3) mit Zerstäuberdüse (4), den Drallkörpern (5, 20, 21) sowie dem den kleinsten Durchmesser aufweisenden Luftführungsrohr (14) und den innen liegenden Schließkörpern (26, 30) gegenüber den außen liegenden Lüftführungsrohren (1,13) derart verschoben angeordnet ist« daß der nach außen gerichtete Endkegel (16) des den kleinsten Durchmesser aufweisenden Lüftführuttgsrohres (14) im wesentlichen

halb der Mündung des äußeren Luftführungsrohres (1) liegt (Fig. 2 und 5).

5. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dem äußeren Luftführungsrohr (1) nächstliegende Luftführungsrohr (13) mit einem konvergierenden Endkegel (15) versehen ist (Fig. 3),

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch das äußere Luftführungsrohr (1) mit einem konvergierenden Endkegel \2) versehen ist (Fig. 4 und 5).