DE3915676C2 - Verbrennungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Verbrennungsvorrichtung, in der zerstäubter flüssiger Brennstoff mit einem Sauer­ stoff enthaltenden Gas verbrannt wird, wobei die Vorrich­ tung Ejektormittel umfaßt, die um eine zentral angeord­ nete Brennstoffzuführdüse herum montiert sind und sich in einem Kanal befinden, der sich von einem Abgasraum, der eine unterhalb der Brennstoffzuführdüse vorgesehene Ver­ brennungskammer umgibt, zu einem im allgemeinen zylin­ drischen Raum erstreckt, der sich unterhalb und benach­ bart zu der Düse sowie oberhalb der Verbrennungskammer befindet, wobei der zylindrische Raum durch Wände einer Nabe begrenzt ist, die eine Vielzahl von Ejektoren trägt, die Sauerstoff als Treibgas zum Bewegen eines Teiles der Verbrennungsgase in die Verbrennungskammer durch den zylindrischen Raum unterhalb der Brennstoffzuführdüse verwenden.

Eine Verbrennungsvorrichtung der vorstehend genannten Art ist beispielsweise in der schwedischen Patentschrift Nr. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Brennstoffzuführdüse und die Wände des zylindrischen Raumes unterhalb der Düse nach wenig, d. h. nach etwa 20 Betriebs­ stunden, mit Ablagerungen bedeckt sind, die durch Verunreinigungen in dem Brennstoff oder durch unvollständige und/oder unvollkommene Verbrennung des Brennstoffes verursacht sind, Bisher ist dieses Problem nicht zufriedenstellend gelöst worden, und zwar weder durch die Verwendung von Brennstoff höherer Qualität noch - wie es in der Zeichnung des vorgenannten Patentes gezeigt ist - durch Neigen der Ejektoren, um einen Drall oxidierenden Gases unterhalb der Brennstoffzuführdüse zu bewirken.

In der US-Patentschrift 3 930 369 ist eine Verbrennungsvorrichtung für eine Gasturbine beschrieben, bei der der Verbrennungskammer eine zylindrische Mischkammer vorgeordnet ist. In der zylindrischen Wand der Mischkammer befindet sich eine Vielzahl von umfangsmäßig verteilten Brennstoffeintritts­ löchern, durch die der Brennstoff mit leichtem Atmosphärenüberdruck in die Mischkammer eintritt. Vor den Eintrittslöchern befindet sich ein axialer, ringförmi­ ger, mit Verwirbelungsmitteln versehener Primärlufteinlaß für die Mischkammer, deren zylindrische Innenfläche für zusätzliche Verwirbelungseffekte sehr rauh ausgebildet ist. Abströmseitig der Brennstoffeintrittslöcher ist eine Vielzahl von umfangsmäßig verteilten Lufteintrittslöchern als weiterer Primärlufteinlaß in der zylindrischen Wand der Mischkammer vorgesehen. Die eigentliche Verbrennungs­ kammer schließt sich an die Mischkammer an, und deren Umfangswand weist weitere umfangsmäßige Lufteintrittslöcher für Sekundärluftzuführung auf. Eine ähnliche Verbrennungsvorrichtung ist in der DE-Patentschrift 28 25 431 beschrie­ ben. Dort ist ebenfalls eine vorgeordnete, zylindrische Mischkammer mit vielen umfangsmäßig verteilten Brennstoffeintrittslöchern vorgesehen, wobei diese Kammer vorn einen axialen Primärlufteinlaß mit Verwirbelungsschaufeln auf­ weist. In die dieser Kammer folgenden Verbrennungskammer wird an weiteren Verwirbelungsschaufeln vorbei sekundäre Verbrennungsluft eingeleitet. Bei diesen mit einem leichten Atmosphärenüberdruck arbeitenden Verbrennungsvorrichtun­ gen wird der Brennstoff von der zylindrischen Umfangswand der Mischkammer her in den diese Kammer axial durchströmenden primären Verbrennungsluftstrom eingeleitet. Dieser Luftstrom enthält einen sehr großen Luftüberschußanteil, um eine vollständige und/oder vollkommene Verbrennung bei möglichst geringen schädlichen Ablagerungen in der Mischkammer zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Verbrennungsvor­ richtung der einleitend angeführten Art, mit der es möglich ist, Brennstoff norma­ ler kommerzieller Qualität während langer Intervalle zu verwenden, ohne die durch Ablagerungen bewirkten Probleme an oder in der Nähe der Brennstoffzuführdüse zu gewärtigen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Patentanspruch 1 angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Lösung können die Zeitintervalle zwischen den Wartungsarbeiten für die Verbrennungsvorrichtung der hier in Rede stehenden Art, d. h. axiale Brennstoffeinführung in die Mischkammer und hoher Verbrennungs­ druck, auf mehrere tausend Stunden ausgeweitet werden, ohne daß an die Qualität der verwendeten Brennstoffe besondere Anforderungen gestellt werden müssen. Bei Verbrennungsdrucken von bis zu 3 MPa ist festgestellt worden, daß sich während solcher Intervalle keine Ablagerungen in Nähe der Brennstoffzuführdüse gebildet haben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der anliegenden Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine teilweise dargestellte Vorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt in einem größeren Maß­ stab durch einen Teilbereich der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Ejektor bekannten Aufbaues, der in der Vorrichtung verwendet wird,

Fig. 4 eine Ansicht nach der Linie IV-IV in Fig. 2.

Die in Fig. 1 gezeigte, vorbekannte Vorrichtung umfaßt eine Ummantelung 1, die ein Volumen umschließt, in dem ein hoher Druck, z. B. 3 MPa, vorherrscht. Wärmeisolierungs­ material 2 und 3 schützt die Ummantelung 1 und verhindert Wärmeverluste in dem Fall, wo eine hohe Temperatur in einem zentralen Bereich des von der Ummantelung 1 umgebenen Volumens vorherrscht.

Der zentrale Bereich bildet eine im allgemeinen rotationssymme­ trische Verbrennungskammer 4. Diese Kammer 4 ist teilweise durch Heizrohre 5 begrenzt, die zwischen sich Zwischenräume aufweisen, durch welche die entstandenen Verbrennungsgase die Verbrennungskammer verlassen können und in einen diese umgebenden, ringförmigen Abgasraum 6 gelangen. Der Abgasraum 6 ist mit einem nicht gezeigten Gasauslaß verbunden. Die Heizrohre 5 bilden einen Teil einer Wärmemaschine, z. B. eines Stir­ ling-Motors, der sonst nicht weiter dargestellt ist.

Die Verbrennungskammer 4 ist ebenfalls durch eine Nabe 7 begrenzt, die zwei scheibenförmige Abdeckungen 8 und 9 trägt, zwischen denen ein Kanal 10 ausgebildet ist. Die Nabe 7 ist an eine Sauerstoffzuführleitung 11 angeschlossen, die dreimal um 90° gebogen ist, um sie flexibel zu machen, und angepaßt ist, um thermischen Belastungen zu wider­ stehen. Die Nabe 7 hat eine vertikale, zentrale Öffnung 12, die zur Aufnahme einer Brennstoffzuführdüse 13 ge­ eignet ist. Die Nabe hat ebenfalls eine untere, erweiterte Bohrung 14, die einen zylindrischen Raum 14 ausbildet, der mit der Verbrennungskammer 4 kommuniziert. Mehrere Ejektoren 15 versorgen den zylindrischen Raum 14, wie es auch die Düse 13 bewirkt. Die Ejektoren sind am besten in Fig. 3 zu er­ kennen.

Jeder Ejektor 15 umfaßt ein Venturirohr 16, dessen Aus­ trittsöffnung 17 zur zentralen vertikalen Achse der Nabe 7 versetzt ausgerichtet ist, um so in dem zylindrischen Raum 14 einen Drall zu erzeugen. Sauerstoff, der als Treib­ gas benutzt wird, wird durch ein Rohr 18 zugeführt, das um 180° gebogen und mit der Nabe 7 verbunden ist. Das Rohr 18 steht mit einer ringförmigen Sauerstoffkammer 19 in der Nabe in Verbindung, wobei die Kammer 19 an die Leitung 11 angeschlossen ist. Die Ejektoren 15 saugen Verbrennungs­ gase durch das hintere Ende des Venturirohres 16 ein.

Die in der Verbrennungskammer 4 entstandenen Verbrennungs­ gase treten zwischen den Rohren 5 hindurch in den ring­ förmigen Abgasraum 6 ein und werden beträchtlich abgekühlt, beispielsweise von 1400°C auf 800°C. Etwas von den abge­ kühlten Gasen wird aus dem Abgasraum 6 in den Kanal 10 eingesaugt. Der Aufbau, der hauptsächlich aus der Nabe 7, den Abdeckungen 8 und 9 und den Ejektoren 15 besteht, ist durch ein langes und biegsames Rohr 21 für die Brennstoff­ versorgung gehalten.

Das Bezugszeichen 22 in Fig. 1 benennt eine herausziehbare Glühkerze, die für Zündzwecke während des Startens der Ver­ brennungsvorrichtung verwendet wird.

Während des Betriebes der in den Fig. 1 und 3 gezeigten bekannten Vorrichtung werden sich Ablagerungen an den Wänden des zylindrischen Raumes 14 ansammeln, und zwar benachbart zu der Brennstoffzuführdüse 13 und auf dieser Düse selbst. Dieser Vorgang findet trotz der geneigten Anordnung der Ejektoren 15 statt, und zwar auch bei Verwendung von Brenn­ stoff hoher Qualität, beispielsweise weißer Sprit.

Wie es in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist und gemäß der Erfindung ist der Bereich des zylindrischen Raumes 14 in Nähe der Brennstoffzuführdüse 13, z. B. dessen oberer Bereich, mit spiralig geformten Leitschaufeln 23 versehen, die sich von der oberen, den Raum 14 begrenzenden Endwandung nach unten er­ strecken. In einer Ebene, die senkrecht zur zentralen Achse der Verbrennungskammer und des zylindrischen Raumes 14 ver­ läuft, erstrecken sich die Leitschaufeln spiralig von den Austrittsöffnungen 17 zur Stelle der Brennstoffzuführ­ düse 13.

Die Anzahl der Leitschaufeln sollte vorzugsweise gleich der Anzahl der Ejektoren 15 sein.

Die vertikale Abmessung der Leitschaufeln sollte ausreichend sein, um etwa 50% des Durchmessers der Austrittsöffnungen 17 zu über­ lappen.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß eine Verbrennungs­ vorrichtung nach der Erfindung Intervalle zwischen den Wartungsdiensten aufweisen kann, die mehr als 3000 Stunden betragen, ohne daß Ablagerungen in Nähe der Brennstoffzuführdüse gebildet werden. Diese Ergebnisse wurden mit Dieselbrenn­ stofföl normaler Qualität erhalten.

Verbrennungsvorrichtungen vorbekannter Konstruktion, das heißt ohne das Vorsehen der Leitschaufeln 23, sind nicht in der Lage, länger als etwa 10 bis 20 Intervallstunden zu laufen, und zwar gemäß der Bildung von Rückständen in Nähe der Brennstoffzuführdüse 13.

Die Verbrennung während aller genannten Intervalle sind bei erhöhtem Druck durchgeführt worden, der zwischen 1 und 3 MPa lag.

Claims (2)

1. Verbrennungsvorrichtung, in der zerstäubter flüssiger Brennstoff mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas verbrannt wird, wobei die Vorrichtung Ejektormittel umfaßt, die um eine zentral angeordnete Brennstoffzuführdüse herum montiert sind und sich in einem Kanal befinden, der sich von einem Abgasraum, der eine unterhalb der Brennstoffzuführdüse vorgesehene Verbrennungskammer umgibt, zu einem im all­ gemeinen zylindrischen Raum erstreckt, der sich unterhalb und benachbart zu der Düse sowie oberhalb der Verbrennungs­ kammer befindet, wobei der zylindrische Raum durch Wände einer Nabe begrenzt ist, die eine Vielzahl von Ejektoren trägt, die Sauerstoff als Treibgas zum Bewegen eines Teiles der Verbrennungsgase in die Verbrennungskammer durch den zylindrischen Raum unterhalb der Brennstoffzuführdüse ver­ wenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Leitschaufeln (23) in dem zylindrischen Raum (14) zwischen dem Kanal (10) und der Brennstoffzuführdüse (13) angeordnet ist und daß sich die Leitschaufeln (23) nach unten erstrecken und eine Spiralform in einer Ebene aufweisen, die senkrecht zur Achse des zylindrischen Raumes (14) verläuft.

2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie innerhalb einer druckfesten Ummantelung (1) mon­ tiert ist, um Verbrennungsbedingungen mit höheren Drücken zu erlauben.