DE3132595A1 - "LIQUID SPRAYING DEVICE AND ITS APPLICATIONS" - Google Patents

"LIQUID SPRAYING DEVICE AND ITS APPLICATIONS"

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DE3132595A1 DE19813132595 DE3132595A DE3132595A1 DE 3132595 A1 DE3132595 A1 DE 3132595A1 DE 19813132595 DE19813132595 DE 19813132595 DE 3132595 A DE3132595 A DE 3132595A DE 3132595 A1 DE3132595 A1 DE 3132595A1
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cylindrical
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Guy 69230 St. Genis Laval Claus
Gérard 69320 Feyzin Genetet
Bernard 38200 Chuzelles Lamure
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/102—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber
    • F23D11/103—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber with means creating a swirl inside the mixing chamber

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Description

Vorrichtung zur Flüssigkeitszerstäubung und ihre Anwendungen.Liquid atomization device and its applications.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerstäubung einer brennbaren oder nicht brennbaren Flüssigkeit mit Hilfe eines Treibgases, mit Mitteln zur Durchführung der Mischung der beiden Fluide durch entgegengesetzte Umlaufbewegungen, die von einem System folgt, welches die Entspannung des Gemisches durch mindestens ein geeignetes Organ ermöglicht»The invention relates to a device for atomizing a flammable or non-flammable liquid with the aid of a propellant gas, with means for carrying out the mixing of the two fluids through opposing orbital movements , which is followed by a system that allows the mixture to be relaxed by at least one suitable organ »

Die Erfindung erstreckt sich auf die Anwendungen dieser Vorrichtung Insbesondere zur Zerstäubung von schwerem Heizöl oder jedem brennbaren öl in den Brennern mit geringem Druckverlust und auf die Zerstäubung jeder Flüssigkeit zur Trocknung.The invention extends to the applications of this device, in particular for the atomization of heavy goods Fuel oil or any combustible oil in the burners with low pressure drop and on the atomization of any liquid for drying.

In den Raffineriebrennern von der Bauart mit "eingeleiteter Luft" wird zur Zerstäubung des Heizöls gewöhnlich unter Druck stehender Wasserdampf verwendet, der in einer ersten Stufe mit dem Heizöl in einer Mischkammer gemischt wird, worauf in einer zweiten Stufe das Gemisch durch eine Düse entspannt wird» Die öffnungen dieser Düse sind in geeigneter Weise am Brenner gebohrt und die Entspannung durch diese öffnungen bewirkt die Zerstäubung des Heizöls: In the refinery burners of the "air introduced" type, it is common to atomize the fuel oil Pressurized steam is used, which is mixed in a first stage with the heating oil in a mixing chamber whereupon the mixture is expanded through a nozzle in a second stage. The openings of this nozzle are appropriately drilled on the burner and the relaxation through these openings causes the fuel oil to be atomized:

- die Zahl der öffnungen schwankt gewöhnlich zwischen 6 und 15;- the number of openings usually varies between 6 and 15;

- ihr Durchmesser ist in Abhängigkeit von den gewünschten Heizölmengen gewählt und zwar in einer Weise, daß die beste Verbrennungseigenschaft erhalten wird;- their diameter is selected depending on the desired amount of heating oil in such a way that that the best combustion property is obtained;

- gewöhnlich sind diese öffnungen geometrisch so angeordnet, daß ihre Achsen über einen Kegel verteilt sind, dessen öffnungswinkel ein wichtiger Parameter für die Form der Flamme ist.- Usually these openings are geometrically arranged in such a way that that their axes are distributed over a cone, the opening angle of which is an important parameter for the shape of the flame is.

Im Folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert und zwar zeigen:In the following, the invention is explained in more detail in connection with the accompanying drawings, for example namely show:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Zerstäubers nach dem Stand der Technik;Fig. 1 is a sectional view of a prior art nebulizer;

Fig. 2 ein Diagramm, welches den Prozentsatz des Wasserdampfes zeigt, der zum Zerstäuben einer Menge brennbarer Flüssigkeit mit Hilfe eines Zerstäubers nach dem Stand der Technik darstellt;Figure 2 is a graph showing the percentage of water vapor needed to atomize a quantity represents combustible liquid using an atomizer according to the prior art;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Zerstäubers;3 is a sectional view of an atomizer according to the invention;

Fig. 4 eine Vorrichtung zum Einleiten der Flüssigkeit in die Mischkammer eines Zerstäubers nach Fig. 3, welche der Flüssigkeit eine Umlaufbewegung mitteilt; FIG. 4 shows a device for introducing the liquid into the mixing chamber of an atomizer according to FIG. 3, which imparts an orbital motion to the liquid;

Fig. 5 eine Vorrichtung zum Einleiten des Gases in die Mischkammer eines Zerstäubers nach Fig. 3, welche dem Gas eine Umlaufbewegung in der Richtung mitteilt, die der Richtung entgegengesetzt ist, in welcher eine Umlaufbewegung der Flüssig-FIG. 5 shows a device for introducing the gas into the mixing chamber of an atomizer according to FIG. 3, which gives the gas an orbital motion in the direction opposite to the direction is in which an orbital movement of the liquid

keit mitgeteilt wird;is communicated;

Fig. 6 ein Diagramm, welches den Anteil an Wasserdampf im Verhältnis zur Menge der brennbaren Flüssigkeit für zwei Zerstäubungen nach dem Stand der Technik und für zwei Zerstäubungen gemäß der Erfindung zeigt.Fig. 6 is a diagram showing the proportion of water vapor in relation to the amount of flammable liquid for two prior art atomizations and for two atomizations according to the invention.

Wie sich aus Fig. 1 erkennen läßt, welche eine Schnittansicht eines herkömmlichen Zerstäubers darstellt, ist das das Wasserdampf-Heizöl herstellende Gemisch summarisch. In der Tat wird das Heizöl durch die axiale Leitung 1 eingeleitet und der Wasserdampf durch die konzentrische Leitung 2. Die Mischung geschieht in der Kammer 4, in welche das Heizöl durch eine Öffnung 5 von 2,5 cm Durchmesser und der Wasserdampf durch drei Öffnungen 3 von 2,3 cm Durchmesser eintritt, wobei die Entspannung und Zerstäubung durch sechs Öffnungen 6 hindurch von 2,5 mn Durchmesser der Düse 7 erfolgt.As can be seen from Fig. 1, which is a sectional view of a conventional atomizer, the mixture producing the steam-fuel oil is summarized. Indeed, the fuel oil is introduced through the axial line 1 and the water vapor through the concentric line 2. The mixture takes place in the chamber 4, into which the heating oil through an opening 5 of 2.5 cm in diameter and the water vapor enters through three openings 3 of 2.3 cm in diameter, with relaxation and atomization through six openings 6 with a diameter of 2.5 mn the nozzle 7 takes place.

Unter diesen Bedingungen kann der Zustand der Unterteilung der beiden Fluide ineinander nicht fein sein, was nachteilig für das Erzielen einer feinen Zerstäubung des Heizöls nach dem Entspannen inder Düse ist.Under these conditions, the state of division of the two fluids into each other cannot be fine, which is disadvantageous for achieving a fine atomization of the fuel oil after releasing it in the nozzle.

Außerdem muß diese Art von Zerstäuber, um eine zufriedenstellende Zerstäubung zur Verbrennung zu erhalten, unter solchen Bedingungen arbeiten, daß das Verhältnis Wasserdampf menge/Hei zölmenge zwischen 25 % und 60 % je nach der Heizölmenge .liegt. Fig. 2 zeigt eine Kurve, welche die Verhältnisse in Prozent der spezifischen Menge des Wasserdampfes zu der des Heisöls in Abhängigkeit von den Heizölraengen in kg/h eines Zerstäubers nach JOHN ZINK anzeigt. Dieses Verhältnis ist das bestimmende Element derIn addition, in order to obtain satisfactory atomization for combustion, this type of atomizer must under such conditions work that the ratio of water vapor / heating oil amount between 25% and 60% depending on the Amount of heating oil. Fig. 2 shows a curve showing the ratios in percent of the specific amount of Water vapor to that of the hot oil as a function of the heating oil quantities in kg / h of an atomizer according to JOHN ZINK indicates. This relationship is the determining element of the

— Q ""- Q ""

Nutzungskosten eines Zerstäubers und allen Bemühungen zur Verbesserung liegt das Bestreben zugrunde, diese herabzusetzen und gleichzeitig den Wirkungsgrad des Wasserdampf-Heizöl-Mischers zu verbessern.The cost of using an atomizer and all efforts to improve it are based on the desire to reduce these reduce and at the same time improve the efficiency of the steam / fuel oil mixer.

So hat die ESSO-Gesellschaft in ihrem Zusatzpatent 74 29594 zum Patent 73 41 639 vom 22.11.1973 einen Zerstäuber beschrieben, in welchem das Wasserdampf-Heizöl-Gemisch mit einem statischen Mischer erhalten wird, der eine Folge von Organen besitzt, welche die Aufgabe hat, den Fluiden mehrfach Richtungsänderungen und Querkräfte aufzuerlegen.For example, the ESSO company has an atomizer in its additional patent 74 29 594 to patent 73 41 639 of November 22, 1973 described, in which the steam-fuel oil mixture is obtained with a static mixer, the possesses a sequence of organs, which has the task of causing the fluids to change direction and transverse forces several times to impose.

Die Gesellschaft JOHN ZINK hat ihrerseits das Mischungssystem dadurch vervollkommnet, daß sie die Mischkammer profiliert hat und den Wasserdampf mit einer umlaufbewegung einleitet, während das Heizöl axial eingeleitet wird.The JOHN ZINK company, for its part, has perfected the mixing system by adding the mixing chamber has profiled and the water vapor with a circular motion initiates while the fuel oil is introduced axially.

Erfindungsgemäß wird diese Mischung noch dadurch verbessert, dß die beiden Fluide in eine Mischkammer eingeleitet werden und den beiden Fluiden entgegengesetzte Umlaufbewegungen mitgeteilt werden, wodurch der Strömung eine Verwirbelung mitgeteilt wird,die für das Mischen günstig ist.According to the invention, this mixture is further improved by introducing the two fluids into a mixing chamber and the two fluids are communicated with opposing orbital movements, whereby the flow a swirl is communicated which is favorable for the mixing.

Für die Praxis ist in Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher das Heizöl durch eine zylindrische Leitung 11 eintritt und der Wasserdampf durch eine gleichachsige zylindrische Leitung 12. Die beiden Fluide dringen in die Mischkammer 13 durch öffnungen und 15 ein, die in der Wand der Mischkammer vorgesehen sind.For practice, in Fig. 3 is an embodiment of the Invention shown, in which the fuel oil enters through a cylindrical pipe 11 and the water vapor through an equiaxed cylindrical line 12. The two fluids penetrate into the mixing chamber 13 through openings and 15 provided in the wall of the mixing chamber.

Die Mischkammer 13 ist mit dem Ende der HeizölleitungThe mixing chamber 13 is with the end of the heating oil line

"-""" ■ ' -:- 3Ί32595"-""" ■ '- : - 3Ί32595

verschraubt und zu dieser gleichachsig. Ihr größter Durchmesser ist gleich dem Durchmesser der Wasserdampfleitung, wodurch die Abdichtung der Strömung sichergestellt ist. Im Inneren ist die Mischkammer 13 von zylindrischer oder kegelstumpfförmiger Form und von einer Länge zwischen 5 und 100 mm, wobei der öffnungswinkel des Kegels kleiner als 40° ist und allgemein dem Brenner und der gewünschten Flammenform angepaßt 1st.screwed and coaxially to this. Your largest diameter is equal to the diameter of the steam pipe, which ensures that the flow is sealed off. Inside, the mixing chamber 13 is cylindrical or frustoconical in shape and of a length between 5 and 100 mm, whereby the opening angle of the cone is smaller than 40 ° and is generally adapted to the burner and the desired flame shape.

Die öffnungen 14 für das Heizöl sind so angeordnet, daß ihre Achse senkrecht zur Achse der Mischkammer ist, ohne diese jedoch zu schneiden, so daß dem Heizöl eine Umlaufbewegung in der Mischkammer mitgeteilt wird. Die öffnungen 15 für den Wasserdampf sind in ähnlicher Weise angeordnet, jedoch so, daß dem Wasserdampf eine Umlaufbewegung in der Mischkammer mitgeteilt wird, die zu der Umlaufbewegung des Heizöls entgegengesetzt ist.The openings 14 for the heating oil are arranged so that their axis is perpendicular to the axis of the mixing chamber, without however, to cut these so that the heating oil is communicated with a circulating movement in the mixing chamber. The openings 15 for the water vapor are arranged in a similar manner, but in such a way that the water vapor circulates in the mixing chamber is communicated to the orbital movement of heating oil is opposite.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Heizölöffnungen 14 vorgesehen, deren Durchmesser 1,5 mm beträgt, um eine Heizölmenge zu ermöglichen, die bis zu 150 kg/h betragen kann bei Heisöldrücken, die 8 Bar nicht überschreiten. Es sind ferner zwei Wasserdampföffnungen mit einem Durchmesser von 2,0 mm vorgesehen.In the illustrated embodiment, there are two fuel oil openings 14 provided, the diameter of which is 1.5 mm to allow a fuel oil amount that up to 150 kg / h can be with hot oil pressures that do not exceed 8 bar. There are also two water vapor openings provided with a diameter of 2.0 mm.

Fig. 4 zeigt die Anordnung der öffnungen 14, wenn die Mischkammer von einem auf ihrer Achse gelegenen Punkt A betrachtet wird, außerhalb der engsten Seiten der Kammer. Gesehen vom Punkt A aus ist der Umlaufsinn des Heizöls umgekehrt zum Uhrzeigersinn. Fig. 5 stellt ihrerseits die Anordnung der öffnungen 15 dar, wenn die Mischkammer von dem vorangehend definierten Punkt A betrachtet wird. Von diesem Punkt aus gesehen ist der Umlaufsinn des Wasserdampfes in der Mischkammer im Uhrzeigersinn.Fig. 4 shows the arrangement of the openings 14 when the The mixing chamber is viewed from an on-axis point A, outside the narrowest sides of the chamber. Seen from point A, the direction of circulation of the heating oil is reverse to clockwise. Fig. 5 in turn represents represents the arrangement of the openings 15 when the mixing chamber is viewed from point A defined above. Seen from this point, the direction of circulation of the steam in the mixing chamber is clockwise.

Die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung nach den Prototypen 4 und 5 wurde im Prüfstand zum Vergleich mit den herkömmlichen VorrichtungenΕΆ7 und LS von JOHN ZINK, getestet, wie aus Fig. 6 erkennbar ist, in welcher die Verhältnisse in Prozent der spezifischen Menge des Wasserdampfes zu der des Heizöls in Abhängigkeit von den Heizölmengen in kg/h dargestellt sind. Es läßt sich feststellen, daß die erfindungsgemäßen Zerstäuber das Erzielen eines wesentlich niedrigeren Wasserdampfverbrauchs und unabhängig von der Heizölmenge ermöglichen. Außerdem ist bei der Beobachtung der Flamme erkennbar, daß die Verbrennungsqualität besser ist und das Verhältnis maximale Heizölmenge/Mindestheizölmenge 4-5 beträgt, während es für das System LS von JOHN ZINK bei 3 liegt.The atomization device according to the invention according to prototypes 4 and 5 was used in the test stand for comparison with the conventional devicesΕΆ7 and LS from JOHN ZINK, tested, as can be seen from Fig. 6, in which the proportions in percent of the specific The amount of water vapor in addition to that of heating oil is shown in kg / h as a function of the amount of heating oil. It leaves find that the atomizers according to the invention achieve a significantly lower water vapor consumption and regardless of the amount of fuel oil. In addition, when observing the flame, it can be seen that that the combustion quality is better and the ratio of the maximum amount of heating oil / minimum amount of heating oil is 4-5, while it is 3 for the system LS from JOHN ZINK.

Schließlich sind die notwendigen maximalen Heizöldrücke von der Größenordnung von 8,1 Bar, während die Vorrichtung von ESSO einen Heizöldruck von 14 - 16 Bar erfordert, so daß die Raffinerie gezwungen ist, eine zusätzliche Pumpe zu verwenden.Finally, the necessary maximum heating oil pressures are of the order of 8.1 bar while the device from ESSO requires a heating oil pressure of 14 - 16 bar, so that the refinery is forced to use an additional pump to use.

Der erfindungsgemäße Zerstäuber besitzt, wie dargelegt, wurde, die Vorteile einer technologisch einfachen Bauform, einer wesentlichen Einsparung an Wasserdampf, einer grösseren Anpassungsfähigkeit, einer besseren Verbrennungsqualität und der Verwendbarkeit bei Heizöldrücken, die mit den Raffinerieverfügbarkeiten vereinbar sind.The nebulizer according to the invention has, as stated, the advantages of a technologically simple design, a significant saving in water vapor, a larger one Adaptability, better combustion quality and usability with fuel oil pressures that are compatible with refinery availabilities.

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Claims (6)

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS DIETRICH LEWINSKY 18> August 1981 DIETRICH LEWINSKY 18> August 1981 H ..NZ-JOACHIM HUBERH ..NZ-JOACHIM HUBER REiNtR PRIETSCH lo/bZ REiNtR PRIETSCH lo / bZ MÖNCHEN21MONKS21 GOTTHARDSTR.81GOTTHARDSTR. 81 Societe anonyme dite: ELF FRANCE, 137 Rue de I1Universite - 75007 PARISSociete anonyme dite: ELF FRANCE, 137 Rue de I 1 Universite - 75007 PARIS Patentansprüche Claims ss ( 1.j Vorrichtung zur Zerstäubung einer brennbaren oder nicht brennbaren Flüssigkeit mit Hilfe eines unter Druck stehenden Treibgases, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit und das Gas in ein und derselben axialen Kammer (13) gemischt werden, indem sie in diese gesondert mit entgegengesetzten Umlaufbewegungen eingeleitet werden, wobei das so erhaltene Gas-Flüssigkeit-Gemisch durch ein geeignetes Organ hindurch entspannt wird. ( 1.j device for atomizing a flammable or non-flammable liquid with the aid of a pressurized propellant gas, characterized in that the liquid and the gas are mixed in one and the same axial chamber (13) by separating them with opposing orbital movements be introduced, the gas-liquid mixture thus obtained being expanded through a suitable organ. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Heizöl und das Gas gegebenenfalls überhitzter Wasserdampf ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the liquid is a fuel oil and the gas, if necessary is superheated steam. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbewegung ihrer Fluide in der axialen Kammer (13) dadurch erhalten wird,3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the orbital movement of their fluids in the axial chamber (13) is obtained by daß diese Fluide in die Kammer mit Hilfe von zylindrischen Kanälen (14, 15) in der Wand der Kammer zugeführt werden, wobei die Achse dieser Kanäle und diejenige der Kammer einander nicht schneiden, damit jedem Fluid eine kreisförmige Bewegung bei seinem Eintritt in die Kammer mitgeteilt wird.that these fluids enter the chamber by means of cylindrical channels (14, 15) in the wall of the chamber are fed, the axis of these channels and that of the chamber not intersecting, so a circular motion is imparted to each fluid as it enters the chamber. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (13) von zylindrischer oder kegelstumpfförmiger Gestalt und von einer geeigneten Länge und geeignetem öffnungswinkel ist.4. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the mixing chamber (13) of cylindrical or frustoconical shape and of a suitable length and suitable opening angle. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle, welche das Heizöl in die Mischkammer einleiten, zylindrisch, von geeignetem Durchmesser und von geeigneter Anzahl sind und die den Wasserdampf einleitenden Kanäle ebenfalls zylindrisch, von geeignetem Durchmesser und geeigneter Anzahl sind.5. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the channels which introduce the fuel oil into the mixing chamber are cylindrical, of suitable size Diameter and of a suitable number and the ducts introducing the water vapor are also cylindrical, are of suitable diameter and number. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ, welches die Entspannung des Wasserdampf-Heizöl-Gemisches herbeiführt, eine Düse (7) ist, die mit zylindrischen öffnungen (6) von geeigneter Anzahl und geeignetem Durchmesser versehen sind, wobei die Achsen dieser öffnungen regelmässig über den Kegel gleichachsig zur Mischkammer verteilt sind und deren öffnungswinkel dem Brenner und der gewünschten Form der Flamme angepaßt ist.6. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the organ that brings about the relaxation of the steam-fuel oil mixture, a nozzle (7) is provided with cylindrical openings (6) of a suitable number and suitable diameter are, the axes of these openings regularly distributed over the cone coaxially to the mixing chamber and whose opening angle is adapted to the burner and the desired shape of the flame.
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