DE3714408A1 - Dualbrennereinrichtung mit einem brennoelzerstaeuber - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dualbrennereinrichtung mit einem Brennölzerstäuber, bei der innerhalb eines Brenner­ gehäuses koaxial zueinander ein Verbrennungsluftkanal, eine Vormischgasleitung mit Vormischgasdüsen, eine Diffusionsgas­ leitung mit Diffusionsgasdüsen, eine Zerstäubungsluftleitung, die in einen Einlauftrichter des Zerstäubers mündet, und eine Oelzuführleitung mit einer Oeldüse angeordnet sind, wobei die Oeldüse ebenfalls in den Einlauftrichter mündet und dieser ein Aussengewinde aufweist, das zur Verbindung mit der Zer­ stäubungsluftleitung und zur Aufnahme eines Gehäuseteils des Zerstäubers dient.

Um Brennöl in Dualbrennereinrichtungen für industrielle Zwecke, z.B. für die Erzeugung von Dampf für Heiz-, Prozess- oder Kraftwerksanlagen, möglichst schadstofffrei verbrennen zu können, ist es erforderlich, das Oel möglichst fein zu zer­ stäuben. Die diesbezüglichen Anforderungen werden von bekannten Brennereinrichtungen nur mangelhaft erfüllt. Eine gute Brenn­ stoffzerstäubung bedeutet, dass die für eine gute Verbrennung gewünschte mittlere Tropfengrösse am gesamten Spektrum der Tropfengrössen einen möglichst grossen Anteil bildet.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung entstand aus der Aufgabe, bei einer Brennereinrichtung, insbesondere bei Dualbrennern mit Gas und Oel als Brennstoffen, eine Verbesserung des mit den heute üblichen Brennereinrichtungen erzielbaren Zerstäubungsgrades des flüssigen Brennstoffes zu verwirklichen. Mit einer solchen verbesserten Brennereinrichtung sollte eine möglichst feine, gleichmässige und vollständige Zerstäubung zu erreichen sein, um eine extrem schadstoffarme, insbesondere russfreie Ver­ brennung in einer der Brennereinrichtung nachgeschalteten Brennkammer oder einem sonstigen Brennraum zu erhalten. Zu diesem Zweck sollte das Innere eines Düsenkörpers, aus dem der mit der Zerstäuberluft vermischte flüssige Brennstoff, im folgenden kurz als Brennöl oder Oel bezeichnet, in eine Brennkammer oder einen Brennraum eingespritzt wird, als Reso­ nanzkammer ausgebildet werden, in dem starke, hochfrequente Druckpulsationen auftreten, die den Flüssigkeitszerfall beim Austritt des Zweiphasengemisches Brennöl/Luft in den Brennraum beträchtlich verstärken. Tatsächlich haben Messungen gezeigt, dass die mittlere Tropfengrösse bei einer solchen Brennerein­ richtung um 50-70% kleiner war als sie an zwei Vergleichsbren­ nern bekannter Bauart gemessen wurden.

Die erfindungsgemässe Dualbrennereinrichtung ist dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Brennölzerstäuber als Resonanzzerstäuber ausgebildet ist, mit einem Resonatorring, der an einer Hohl­ kegelfläche eine Ringnut, und einem Resonatorkegel, der an einer Aussenkegelfläche eine Ringnut aufweist, welche beiden Ringnuten eine Resonanzkammer begrenzen, die über einen ring­ förmigen Zuströmkanal mit einem öldüsenseitigen Hohlraum und über Ausströmkanäle mit einem der Brennereinrichtung nachge­ schalteten Brennraum kommuniziert, und dass in Verlängerung der Oeldüse ein Prallteller angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch die düsenseitige Endpartie einer erfindungsgemässen Brennereinrichtung,

Fig. 2 den Resonanzzerstäuber in einem axialen Längsschnitt,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Resonanzzerstäuber gemäss dem Schnittverlauf III-III von Fig. 2, und die

Fig. 4 eine Ansicht der Stirnseite des Resonanzzerstäubers gemäss der in Fig. 2 eingetragenen Projektionsrichtung A.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Fig. 1 zeigt den Kopf einer Brennereinrichtung für Dual­ betrieb mit Brennöl und Gas, soweit es für das Verständnis der Erfindung wesentlich ist. Ein Brennergehäuse 1 nimmt die Elemente für die Zuführung der Verbrennungs- und der Zerstäu­ bungsluft, des Brenngases und des Brennöls sowie die Oeldüse und den Resonanzzerstäuber auf. Innerhalb des Gehäuses 1 be­ findet sich ein zur Gehäuseachse koaxialer Verbrennungsluftkanal 2, der sich an seiner Mündung zu einer den Resonanzzerstäuber 4 umgebenden Ringdüse verjüngt. Die Strömungspfeile 3 symboli­ sieren die Verbrennungsluft. Ebenfalls koaxial zur Gehäuseachse sind vier Kanäle vorhanden, wobei sich die äussere Rohrwand des äussersten Kanals durch mehrere, über den Umfang mit gleichem Winkelabstand voneinander angeordnete Stützrippen 5 gegen die Wand des Verbrennungsluftkanals 2 abstützt. Der innerste Kanal ist eine Oelzuführleitung 6, die im Brennerkopf in einer Oeldüse 7 endet. Die Oelzuführleitung 6 ist von einer Zer­ stäubungsluftleitung 8 umgeben, auf die eine Diffusionsgaslei­ tung 9 folgt, aus der Diffusionsgas durch eine Mehrzahl über den Umfang verteilter Diffusionsgasdüsen 10 in den Mündungs­ bereich des Verbrennungsluftkanals 2 ausströmt. In diesem Bereich ist die ankommende Verbrennungsluft bei Teillastbetrieb bereits mit Vormischgas vermischt, welches aus einer radial am weitesten auswärts angeordneten Vormischgasleitung 11 durch eine Reihe über den Umfang verteilt angeordneter Vormischgas­ düsen 12 in den Verbrennungsluftkanal 2 austritt. Bei Vollast­ betrieb wird der Verbrennungsluft nur Vormischgas zugeführt, im Leerlauf, beim Zünden des Brenners und im unteren Bereich des Hochlaufens tritt nur Diffusionsgas in den Verbrennungsluft­ strom aus. In Uebergangsbereichen liefern beide Düsen Gasan­ teile entsprechend dem jeweiligen Bedarf.

Der bisher beschriebene Aufbau ist mit konventionellen Brennöl­ zerstäubern bei bekannten Brennereinrichtungen zu finden. Erfinderische Zugabe ist bei der gegenständlichen Brennerein­ richtung der in den Fig. 2 bis 4 in grösserem Massstaß als in Fig. 1 isoliert dargestellte Resonanzzerstäuber 4. Er weist einen Einlauftrichter für die durch die Strömungspfeile 14 versinnbildlichte Zerstäubungsluft auf. Dieser Einlauftrichter ist mit einem Aussengewinde 15 versehen, mit dem er, wie aus Fig. 1 hervorgeht, bei zusammengebautem Resonanzzerstäuber in die Zerstäubungsluftleitung 8 eingeschraubt ist. Diese Leitung 8 ist in Fig. 2 strichpunktiert gezeichnet. Bei einge­ schraubtem Resonanzzerstäuber 4 ist ein Resonatorring 16, der auf das Aussengewinde 15 geschraubt ist und dabei ein Zerstäuberkreuz 17 mit z.B. vier radialen Armen 18 und einem Prallteller 19 festklemmt, mit einer Aussenkegelfase 20 gegen eine derselben entsprechende Innenkegelfläche 21 der Zerstäu­ bungsluftleitung 8 verspannt. Auf der entgegengesetzten Seite des Pralltellers 19 weist das Zerstäuberkreuz 17 einen Gewinde­ zapfen 22 auf, auf den ein Resonatorkegel 23 aufgeschraubt ist. Dieser Resonatorkegel sowie der Resonatorring 16 sind mit Ringnuten 24 bzw. 25 versehen, die im zusammengebauten Zustand eine Resonanzkammer von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt bilden. Der Resonatorring 16 hat am äusseren Ende seines Innen­ kegels, d.h., ausserhalb der Ringnut 25, drei, am Umfang gleich­ mässig verteilt angeordnete Distanzstege 26, von der aus Fig. 4 ersichtlichen Breite, auf denen der Resonatorkegel 23 anliegt, wodurch auf der dem Zerstäuberkreuz 17 zugewandten Seite der Resonanzkammer 24+25 ein sich über den ganzen Umfang er­ streckender, ringförmiger Zuströmkanal 27 und auf der entgegen­ gesetzten Seite, wegen der Unterbrechung durch die drei Distanz­ stege 26, drei kreisbogenförmige Ausströmkanäle 28 begrenzt werden.

Das aus der Oeldüse 7 austretende Brennöl trifft auf den Prall­ teller 19 auf und verteilt sich über dessen Umfang. Es entsteht am Rande des Tellers ein Oelfilm, der in die die Oelzuführleitung 6 koaxial umströmende Zerstäubungsluft eintritt. Der Oelfilm wird zerrissen und das Oel/Luft-Gemisch gelangt nach dem Zer­ stäuberkreuz 17 über den Zuströmkanal 27 in die Resonanzkammer 24+25, in welcher starke, hochfrequente Druckpulsationen des Luft/Brennöl-Gemisches auftreten, welche den Flüssigkeits­ zerfall beim Austreten des Gemisches aus den drei Ausströmkanälen 28 in den Verbrennungsluftstrom beträchtlich verstärken. In Fig. 4 ist das aus den Kanälen 28 austretende Gemisch durch radiale Pfeile angedeutet. Die Distanzstege 26 tragen als Widerstandskörper zusätzlich zur Verwirbelung im Brennraum bei, indem ein Teil des austretenden Gemisches seitlich abge­ lenkt wird.

Im Vergleich mit Zerstäuben ohne Resonator ergibt die vorlie­ gende Bauart bei gleichem Aufwand für die Bereitstellung der Zerstäuberluft eine wesentlich bessere Zerstäubung. Bezogen auf Messergebnisse an zwei für die gleiche Brennerleistung ausgelegten, relativ grossen bekannten Zerstäubertypen zeigten Messungen beim erfindungsgemässen Zerstäuber eine Verringerung der mittleren Tropfengrösse um bis zu 50%.

Claims (2)

1. Dualbrennereinrichtung mit einem Brennölzerstäuber, bei der innerhalb eines Brennergehäuses (1) koaxial zueinander ein Verbrennungsluftkanal (2), eine Vormischgasleitung (7) mit Vormischgasdüsen (12), eine Diffusionsgasleitung (9) mit Diffusionsgasdüsen (10), eine Zerstäubungsluftleitung (8), die in einen Einlauftrichter (13) des Zerstäubers mündet, und eine Oelzuführleitung (6) mit einer Oeldüse (7) angeordnet sind, wobei die Oeldüse (7) ebenfalls in den Einlauftrichter (13) mündet und dieser ein Aussenge­ winde (15) aufweist, das zur Verbindung mit der Zerstäubungs­ luftleitung (8) und zur Aufnahme eines Gehäuseteils des Zerstäubers dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennöl­ zerstäuber als Resonanzzerstäuber (4) ausgebildet ist, mit einem Resonatorring (16), der an einer Hohlkegelfläche eine Ringnut (25), und einem Resonatorkegel (23), der an einer Aussenkegelfläche eine Ringnut (24) aufweist, welche beiden Ringnuten (25, 24) eine Resonanzkammer (24+25) begrenzen, die über einen ringförmigen Zuströmkanal (27) mit einem öldüsenseitigen Hohlraum und über Ausströmkanäle (28) mit einem der Brennereinrichtung nachgeschalteten Brennraum kommuniziert, und dass in Verlängerung der Oel­ düse (7) ein Prallteller (19) angeordnet ist.

2. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorring (16) als auf dem Aussengewinde (15) des Einlauftrichters (13) verschraubbarer Gehäuseteil ausge­ bildet ist, der den ringförmigen Umfang eines Zerstäuber­ kreuzes (17) zwischen sich und dem Einlauftrichter (13) einklemmt, welches Zerstäuberkreuz (17) eine Nabe mit dem genannten Prallteller (19) und einem Gewindezapfen (22) aufweist, auf welchem der Resonatorkegel (23) verschraubt ist, dass die Nabe des Zerstäuberkreuzes (17) durch Arme (18) mit dessen Umfang verbunden ist, und dass der Resonatorring am äusseren Rand seiner Hohlkegelfläche mit Distanzstegen (26) versehen ist, welche den Resonatorkegel (23) vom Resona­ torring (16) in einem Abstand voneinander halten, durch den der Zuströmkanal (27) und die Ausströmkanäle (28) gebil­ det werden.