DE3526482C1

DE3526482C1 - Brenner zum Verbrennen von fluessigem Brennstoff

Info

Publication number: DE3526482C1
Application number: DE3526482A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm 7406 Mössingen Salzmann
Original assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Current assignee: Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
Priority date: 1985-07-24
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1986-12-18
Also published as: ATE38424T1; DE3661106D1; EP0209631A1; EP0209631B1

Description

geordnet. Die Brennstoffleitung besteht aus einem Rohr 5 und einer Austrittsbohrung 6, die durch die Längsachse des Leitkörpers 4 geführt ist. Die Austrittsbohrung 6 mündet zentrisch in die Bodenfläche 20 des Leitkörpers 4.

Das Führungsrohr 1 ist austrittsseitig durch einen Abschlußkörper 7 verschlosssen. Der Abschlußkörper 7 ist mit einem Flansch 8 versehen, über den der Abschlußkörper 7 an einem Flansch 9 einer Brennkammer 10 befestigt ist. Die Brennkammer 10 ist ein Teil eines Heizungskessels 11. Der Abschlußkörper 7 weist in der Verlängerung der Ausstrittsbohrung 6 eine Ausstrittsöffnung 12 auf. Außerdem sind durch den Abschlußkörper 7 eine Hochspannungszündung 13 und eine Flammenüberwachung 14 hindurchgeführt, die in die Brennkammer 19 hineinragen.

Der Abschlußkörper 7 enthält auf der dem Führungsrohr 1 zugewandten Seite eine ebene Stirnfläche 15, der in einem axialen Abstand die Bodenfläche 20 des Leitkörpers 4 gegenübersteht. Die Bodenfläche 20 und die Stirnfläche 15 liegen parallel zueinander und bilden einen Spalt 16 von gleichbleibender Breite, der senkrecht zu der Längsachse der Austrittsbohrung 6 verläuft.

Der Spalt 16 steht mit dem ringförmigen Kanal 3 in Verbindung und weist einen wesentlich geringeren Querschnitt als dieser auf. Durch die Verstellbarkeit des Leitkörpers 4 kann die Spaltbreite variiert werden.

Die Austrittsöffnung 12 weist, in Strömungsrichtung gesehen, zunächst einen zylindrischen Abschnitt 17 auf, dessen Durchmesser gleich seiner Höhe ist. Der zylindrische Abschnitt 17 geht unter sprunghafter Vergrößerung seines Durchmessers in einen sich konisch erweiternden Abschnitt 18 über. Zwischen dem zylindrischen Abschnitt 17 und dem konischen Abschnitt 18 ist dadurch eine Abreißkante 19 gebildet. Der Querschnitt des zylindrischen Abschnittes 17 ist in Abhängigkeit von der Breite des Spaltes 16 so groß gewählt, daß in ihm die Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Gemisches stets mindestens dem Dreifachen der Zündgeschwindigkeit des Brennstoffes entspricht. Die Zündgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der eine Flamme durch ein Brennstoff-Luft-Gemisch zurückwandert. Sie beträgt für öl etwa 12 m/s. Der größte Durchmesser des konischen Abschnittes 18 ist so dimensioniert, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches am Austritt aus dem Abschnitt 18 auf eine Geschwindigkeit abgebaut wird, die unterhalb der Zündgeschwindigkeit liegt.

Durch die zentrische Austrittsbohrung 6 tritt der flüssige Brennstoff als kompakter Strahl mit einer mittleren Geschwindigkeit von 2 m/s aus. Die Verbrennungsluft strömt achsparallel und drallfrei durch den ringförmigen Kanal 3 und trifft nach einer Umlenkung von 90° in dem Spalt 16 senkrecht auf den Brennstoffstrahl. Innerhalb des durch die planparallelen Flächen 15, 20 gebildeten Spaltes 16 wird der Luftstrahl erheblich beschleunigt und prallt im Zentrum des Spaltes 16 mit hoher Geschwindigkeit auf den Brennstoffstrahl.

Der hochbeschleunigte Luftstrahl zerschlägt den zentrisch eintretenden Brennstoffstrahl in feinste Tropfchen mit einem Durchmesser von etwa 0,02 mm und erzeugt eine homogene Vermischung von Brennstofftröpfchen und Luft. Das so aufbereitete Brennstoff-Luft-Gemisch durchströmt den zylindrischen Abschnitt 17 der Austrittsöffnung 12 mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die deutlich oberhalb der Zündgeschwindigkeit liegt, wobei diese Geschwindigkeit innerhalb des konischen Abschnittes 18 auf einen Wert unterhalb der Zündgeschwindigkeit abgebaut wird. Nach der Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 10 stabilisiert sich die Flammenwurzel in dem konischen Abschnitt 18 der Austrittsöffnung 12, wobei auch bei kalter Brennkammer 10 sofort eine rußfreie Flamme mit sehr rascher Verbrennungsreaktion entsteht, so daß die Verbrennung des aufbereiteten Brennstoffes bereits beim Austritt aus der Brennkammer 10 abgeschlossen ist. Dies ermöglicht die Konstruktion von Wärmetauschern mit geringen Abmessungen und turbulenter Rauchgasströmung in engen Rauchgaszügen, zumal in keiner Einstellung, auch nicht bei Luftmangel, Ruß entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 Patentansprüche ehen des Leitkörpers und des Abschlußkörpers ein Strö· : mungiweg für die Verbrennungsluft gebildet ist, Dabei

1. Brenner für flüssigen Brennstoff mit einem Fun- weist die Konusspitze zur Brennstoffleitung, Auf diese rungsrohr (1) für Verbrennungsluft, in dem mit Ab- Weise wird die Luft in einer Rückströmung zur Brennstand unter Bildung eines ringförmigen Kanals (3) s Stoffzuführung geführt, Darüber hinaus ist der Leitkörein Leitkörper (4) angeordnet ist, der axial verstell- per auf seiner Außenseite mit Leitschaufeln versehen, bar ist, durch den axial eine Brennstoffleitung mit die dem Luftstrom einen Drall aufzwingen, Dieser Drall einer zentrisehen Austrittsbohrung (6) geführt ist erzeugt in dem Brennstoff-Luft-Gemisch eine Wirbel- und dem am austrittsseitigen Ende des Führungs- bewegung, die eine Rezirkulationsbewegung der Reakrohres (1) ein Abschlußkörper (7) gegenüberliegt, io tionspartner bewirkt, dabei aber die Brennstofftropfen welcher mit dem Leitkörper (4) einen durch zwei nach außen drängt Die durch die Gestaltung des begleichgerichtete Flächen (15, 20) gebildeten Spalt kannten Brenners beabsichtigte Wirkung einer Verrin-(16) mit einem wesentlich geringeren Querschnitt, gerung der Rußbildung kann sich nur unzureichend einals ihn der ringförmige Kanal (3) aufweist, begrenzt stellen, da kein absolut homogenes Gemisch entsteht, und in welchem koaxial zur Austrittsbohrung (6) 15 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gateine Austrittsöffnung (12) für ein Brennstoff-Luft- tungsgemäßen Brenner derart auszubilden, daß auch bei Gemisch vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, geringen Durchsätzen der Brennstoff mit einer völlig daß der von der Verbrennungsluft drallfrei durch- rußfreien Flamme brennt.

strömte Spalt (16), durch die zwei planparallel aus- Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen

gebildeten Flächen (15,20) begrenzt, senkrecht zur 20 Brenner durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa-

Achse der Austrittsbohrung (6) im Leitkörper (4) tentanspruches 1 gelöst.

verläuft und daß der Querschnitt der Austrittsöff- Aus der DE-PS 27 29 321 ist ein Brenner für flüssigen

nung (12) für das Brennstoff-Luft-Gemisch so groß Brennstoff bekannt, bei dem in einer Mischzone von der

bemessen ist, daß über den Bereich der Leistung Seite der Brennstoffstrahlachse Verbrennungsluft als

des Brenners die Strömungsgeschwindigkeit des 25 Zerstäubungsmedium eingeführt wird, wodurch der

Gemisches mindestens der dreifachen Zündge- Brennstoffstrahl zerschlagen wird. -

schwindigkeit entspricht. Bei dem Erfindungsgegenstand wird der kompakte

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Brennstoffstrahl durch einen vom Umfang auf das Zennet, daß die Austrittsöffnung (12) zunächst einen trum geleiteten, senkrecht auf den Brennstoffstrahl trefzylindrischen Abschnitt (17) aufweist, dessen 30 fenden Luftstrom in feinste Tröpfchen zerschlagen und Durchmesser und Länge gleich groß sind, und daß mit der Verbrennungsluft homogen vermischt. Durch der zylindrische Abschnitt (17) in Strömungsrich- die drallfreie Zuführung der Verbrennungsluft wird er-

tung des Brennstoff-Luft-Gemisches in einen sich reicht, daß auf die Tropfen keine Zentrifugalkraft wirkt, j

konisch erweiternden Abschnitt (18) übergeht. durch die sie nach außen gedrängt und separiert werden

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- 35 könnten. Auf diese Weise werden die Voraussetzungen ^J net, daß der kleinste Durchmesser des konischen geschaffen, unter denen die Verbrennung des flüssigen Abschnittes (18) größer ist als der Durchmesser des Brennstoffes ausschließlich über gasförmige Zwischenzylindrischen Abschnittes (17) und daß der größte Oxidationsprodukte und damit ohne Rußbildung erfol-Durchmesser des konischen Abschnittes (18) einen gen kann. Außerdem wird ein Verstopfen der vom

solchen Wert aufweist, daß die Strömungsge- 40 Brennstoff durchflossenen Austrittsbohrung vermieden, schwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches klei- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

ner als die Zündgeschwindigkeit ist. den Unteransprüchen angegeben. Durch die Bemessung

der Austrittsöffnung gemäß Anspruch 2 und die sich

Beschreibung dadurch einstellende Strömungsgeschwindigkeit ist si-

45 chergestellt, daß die Flammenwurzel in einem bestimmten Abstand von dem Ort der Vermischung liegt und

Brenner zum Verbrennen von flüssigem Brennstoff eine homogene Vermischung von fein zerstäubtem

Brennstoff und Verbrennungsluft erzielt wird. Durch die

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbren- Bemessung des konischen Abschnittes gemäß Anspruch nen von flüssigem Brennstoff mit den Merkmalen des 50 3 wird erreicht, daß die Flammenwurzel noch innerhalb Oberbegriffes des Patentanspruches 1. der Austrittsöffnung sich befindet.

Die Verbrennung von flüssigen, Kohlenwasserstoffe Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

enthaltenden Brennstoffen verlangt vor der Verbren- Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher ernung den Aufbereitungsschritt der Überführung der läutert. Die Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand. Vollzieht sich 55 einen Brenner gemäß der Erfindung dar.
dieser Vorgang innerhalb einer gewissen kritischen Zeit, Der Brenner weist ein Führungsrohr 1 auf, das mit

die etwa bei einer hundertstel Sekunde liegt, verläuft die einem Anschluß 2 für die Zuführung von Verbrennungs-Verbrennung ausschließlich über gasförmige Zwischen- luft versehen ist. Innerhalb des Führungsrohres 1 ist ein oxidationsprodukte, wobei schließlich das Endprodukt zylindrischer Leitkörper 4 mit einer ebenen Bodenflä-Kohlendioxid durch Oxidation von Kohlenmonoxid ent- 60 ehe 20 vorgesehen. Der Leitkörper 4 ist axial verschiebsteht. Dabei wird die Bildung von Ruß unterdrückt, des- bar. Er ist mit Abstand von dem Führungsrohr 1 derart sen Partikel als Kondensationskerne für saure Verbren- angeordnet, daß ein ringförmiger Kanal 3 gebildet ist. nungsprodukte wirken. Ferner führt ein Rußbelag auf Dabei wird der Abstand durch ebene Distanzstücke 21, einer Wärmeaustauschfläche zu zusätzlichen Energie- die keinen Drall erzeugen, eingehalten. Dieser Kanal 3 Verlusten. 65 wird von der Verbrennungsluft achsparallel und drallin der DE-PS 30 38 063 ist ein Brenner der gattungs- frei durchströmt.

gemäßen Art beschrieben, bei dem zwischen den koni- Zentrisch in dem Führungsrohr 1 ist eine Brennstoff-

schen, relativ zueinander axial verstellbaren Mantelflä- leitung für die Zuführung von flüssigem Brennstoff an- "[