DE3943096A1

DE3943096A1 - Atomiser for liquid fuel - has inner and outer chambers with primary and secondary nozzles

Info

Publication number: DE3943096A1
Application number: DE19893943096
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Pillard; Frederic Bury
Original assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Current assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1990-07-05
Anticipated expiration: 2009-12-28
Also published as: FR2641365B1; DE3943096C2; FR2641365A1

Abstract

A liquid fuel is atomised into very fine droplets by means of a device consisting of an inner chamber (2) in which the liquid fuel is mixed with an auxiliary fluid under pressure, which is directed tangentially into the inner chamber (2). This inner chamber has several outlets (3a) from which jets of atomised mixture emerge. This inner chamber is enclosed in an outer chamber which has secondary nozzles (6) aligned with the outlets (3a) in the inner chamber (2). The diameter of these secondary nozzles (6) is greater than that of the outlets (3a). A compressed auxiliary fluid is injected into the space (7) between inner and outer chambers. The velocity of the jets from the secondary nozzles is greater than the velocity of the outer layers of the jets from the outlets (3a). USE - Liquid fuel atomisers for burners.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum feinen Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffs und betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, der mit einer verbesserten Zerstäubungsvorrichtung versehen ist.The present invention relates to a method and a Device for atomizing a liquid Fuel and relates to a burner for liquid Fuels with improved Atomizing device is provided.

Der technische Bereich der Erfindung ist jener des Aufbaus von Brennern für flüssigen Brennstoff, der durch eine Hilfsflüssigkeit zerstäubt wird.The technical scope of the invention is that of construction of burners for liquid fuel by a Auxiliary liquid is atomized.

Es sind Brenner für flüssigen Brennstoff bekannt, der durch ein Hilfsfluid bzw. eine Hilfsflüssigkeit zerstäubt oder verdüst wird.There are burners for liquid fuel known by an auxiliary fluid or an auxiliary liquid is atomized or is atomized.

Derartige Brenner sind beispielsweise in dem Patent FR-A-1 3 05 391, in den Veröffentlichungen FR-A-2 2 88 940 und FR-A 25 20 484 (Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard) beschrieben.Such burners are for example in the patent FR-A-1 3 05 391, in publications FR-A-2 2 88 940 and FR-A 25 20 484 (Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard).

Alle diese Brenner weisen eine oder mehrere innere Vermischungskammern oder Mischkanäle auf, in denen der flüssige Brennstoff und ein Hilfsfluid unter Druck eingespeist werden, das im allgemeinen komprimierte Luft oder Wasserdampf ist. Die Mischkammer oder die Mischkanäle münden in eine Brennkammer durch Öffnungen, aus denen jeweils ein zerstäubter oder versprühter Brennstoffstrahl austritt. Die Zerstäubung der Flüssigkeit erfolgt aufgrund eines erheblichen Geschwindigkeitsunterschieds zwischen dem Hilfsfluid von geringer Dichte, das stark komprimiert ist und das sich unter dem Effekt des Druckunterschieds zwischen der Mischkammer und der Brennkammer entspannt, und dem flüssigen Brennstoff von stärkerer Dichte. Es handelt sich tatsächlich um ein zweiphasiges Strömen, gebildet aus sehr feinen Flüssigkeitströpfchen in Suspension in dem Gas.All of these burners have one or more internal ones Mixing chambers or mixing channels in which the liquid fuel and an auxiliary fluid under pressure The compressed air is generally fed or water vapor. The mixing chamber or channels open into a combustion chamber through openings from which one atomized or sprayed fuel jet each exit. The liquid is atomized due to a significant speed difference between the Low density auxiliary fluid that is highly compressed and that under the effect of the pressure difference relaxed between the mixing chamber and the combustion chamber, and the liquid fuel of higher density. It deals is actually a two-phase flow formed from very fine liquid droplets in suspension in the gas.

Der Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der beiden Phasen erzeugt ein Zerreißen des Flüssigkeitsfilms, der in feine Tröpfchen zerfetzt. Die so erhaltene Mischung wird manchmal zu unrecht als Emulsion bezeichnet, während es sich tatsächlich um ein Aerosol handelt, d. h. eine Suspension von Flüssigkeitströpfchen in einem Gas.The difference between the speeds of the two Phases creates a rupture of the liquid film, which in fine droplets shredded. The mixture thus obtained is sometimes wrongly referred to as an emulsion while it is actually an aerosol, d. H. a Suspension of liquid droplets in a gas.

Die Qualität der Verbrennung, insbesondere das Verhältnis der festen, kohlenstoffhaltigen Rückstände, die man in dem Ruß findet, hängt viel von der Qualität der Zerstäubung und der Feinheit der Tröpfchen des flüssigen Brennstoffs ab.The quality of the combustion, especially the ratio of the solid, carbonaceous residues found in the Finding soot depends a lot on the quality of the atomization and the fineness of droplets of liquid fuel.

Untersuchungen haben gezeigt, daß der Hauptanteil der Masse der festen, kohlenstoffhaltigen Rückstände, die aus der Verbrennung der zerstäubten flüssigen Brennstoffe herrührt, aus hohlen Kohlenstoffpartikeln von großem Durchmesser gebildet ist, genannt "Cenosphäre" (cenospheres), die von der Vergasung und somit einer unvollständigen Verbrennung der größten Flüssigkeitströpfchen herrührt. Die Zeit der vollständigen Verbrennung eines Tröpfchens des flüssigen Brennstoffs hängt von seinem Durchmesser und der Natur des Brennstoffs ab. So brennen in den Feuerräumen mit kalten Seitenwänden die größten Tröpfchen nicht ausreichend schnell, um vollständig verbrannt zu werden, bevor sie die kalten Seitenwände erreichen, und sie rufen unverbrannte Kohlenstoffrückstände durch einen Abschreckeffekt hervor. Dieses Phänomen ist umso wichtiger, je schwerer der flüssige Brennstoff ist. Research has shown that the bulk of the mass the solid, carbonaceous residues resulting from the Combustion of the atomized liquid fuels, from hollow carbon particles of large diameter is formed, called "cenospheres" (cenospheres) by gasification and thus incomplete combustion of the largest liquid droplets. The time of complete combustion of a droplet of the liquid Fuel depends on its diameter and the nature of the fuel Fuel. So burn in the fireboxes with cold ones The largest droplets are not sufficient quickly to be burned completely before the reach cold sidewalls and they call unburned Carbon residues due to a quenching effect. The more severe the phenomenon, the more important it is is liquid fuel.

Es ist so bei den Wärmetechnikern gut bekannt, daß zur Reduzierung der Rate der festen Rückstände, die durch einen Brenner mit Flüssigbrennstoffzerstäubung erzeugt werden, es notwendig ist, verbesserte Zerstäubungseinrichtungen zu verwenden, die erlauben, die Erzeugung von Tröpfchen mit großem Durchmesser, beispielsweise von Tröpfchen, die einen Durchmesser in der Größenordnung von 30 bis 100µm zu verhindern oder bis zu einem Maximum zu reduzieren und den maximalen Durchmesser der Tröpfchen zu reduzieren. Wenn man den Durchmesser der größten Tröpfchen reduziert, so reduziert man den Abschreckeffekt bei Kontakt der kalten Seitenwände und die Verringerung der kohlenstoffhaltigen Rückstandsrate ist umso größer, wie die Flamme sich in einem Brenner mit kalten Seitenwänden befindet, wenn die Seitenwände näher an der Flamme sind und der Brennstoff schwerer ist.It is so well known among thermal engineers that for Reduction in the rate of solid residues by one Burners are produced using atomized liquid fuel, it is necessary to improve atomization facilities use that allow the creation of droplets with large diameter, for example of droplets that one Diameters in the order of 30 to 100 µm prevent or reduce to a maximum and the to reduce the maximum diameter of the droplets. If reduced the diameter of the largest droplets, so reduce the quenching effect when the cold contact Sidewalls and the reduction of carbonaceous Residue rate is all the greater as the flame settles in a burner with cold side walls if the Sidewalls are closer to the flame and the fuel is heavier.

In den bekannten Brennern sind die Ausgangsöffnungen der zerstäubten flüssigen Brennstoffstrahlen im allgemeinen am Ende einer Leitung oder Düse angeordnet, die mehr oder weniger lang ist, in der ein Seitenwandeffekt entsteht, der die Bildung eines flüssigen Brennstoff-Filmes gegen die Seitenwand der Leitung oder der Düse hervorruft.In the known burners, the outlet openings are the atomized liquid fuel jets in general End of a pipe or nozzle arranged that more or is less long in which a sidewall effect arises, the the formation of a liquid fuel film against the Side wall of the line or the nozzle.

Aufgrund eines Kapillareffekts und eines Oberflächenspannungseffekts hat der Film die Tendenz Flüssigkeit zu sammeln, wohingegen im Gegenteil versucht wird, ihn zu feinen Tröpfchen aufzuteilen. Der Film bewegt sich zur Ausgangsöffnung und er wird in die Brennkammer unter Form von Tröpfchen getrieben, deren Durchmesser erheblich größer ist als jener der Tröpfchen, die in dem Strahl enthalten sind, der aus der Öffnung tritt. Beispielsweise weisen die Tröpfchen des Strahls einen Durchmesser von 5 oder 10µm auf, während die Tröpfchen aufgrund der Mitnahme des Film einen Durchmesser von 30 bis 100µm aufweisen. Die Mehrzahl der größten Tröpfchen, die in die Brennkammer eintreten, rühren von diesem Seitenwandeffekt her. Because of a capillary effect and one The film tends to have a surface tension effect Trying to collect liquid, on the contrary trying will divide it into fine droplets. The film moves to the exit opening and it will enter the combustion chamber driven in the form of droplets whose diameter is considerably larger than that of the droplets contained in the Are included beam that emerges from the opening. For example, the droplets of the jet have one Diameter of 5 or 10µm while the droplets due to the entrainment of the film a diameter of 30 to 100µm. The majority of the largest droplets that enter the combustion chamber, stir from it Sidewall effect.

Darüber hinaus hat der Flüssigkeitsfilm die Tendenz, wenn er in der Brennkammer ankommt, den inneren Seitenwänden der Brennkammer zu folgen, wo er der Mitnahme durch den Strahl entkommt. Wenn es sich um einen schweren Brennstoff oder extraschweren Brennstoff handelt, verursacht er um die Brennernase die Ablagerung von Koks oder Ansammlungen von Teerrückständen.In addition, the liquid film tends to be when arrives in the combustion chamber, the inner side walls of the Combustion chamber to follow where it is entrained by the beam escapes. If it is a heavy fuel or extra heavy fuel, it causes the Burner nose the deposition of coke or accumulations of Tar residues.

Um die Zerstäubungsqualität zu verbessern, wurden Zerstäubungsdüsen vorgeschlagen, in denen der flüssige Brennstoff axial eingespritzt wird und das Hilfsfluid tangential derart eingespritzt wird, daß es eine schraubenförmige Bewegung in der Düse erzeugt.To improve the atomization quality, Atomizing nozzles suggested in which the liquid Fuel is injected axially and the auxiliary fluid is injected tangentially such that there is a creates helical movement in the nozzle.

Diese schraubenförmige Bewegung erzeugt eine Zentrifugalkraft, die dazu tendiert, Flüssigkeitstropfen gegen die Seitenwand mitzunehmen, wo sie einen Film bilden, der schließlich zur Bildung von großen Tröpfchen führt.This helical movement creates one Centrifugal force that tends to drop liquid against the side wall where they make a film which eventually leads to the formation of large droplets.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, verbesserte Einrichtungen zur Zerstäubung und Brenner zu schaffen, die mit diesen Zerstäubungseinrichtungen versehen sind, die erlauben, die Feinheit der Brennstofftröpfchen zu verbessern, die Menge der Tröpfchen mit großem Durchmesser zu reduzieren und den Durchmesser der größten Tröpfchen zu reduzieren.The object of the present invention is improved Atomization and burner facilities to create the are provided with these atomizing devices, the allow the fineness of the fuel droplets to increase improve the amount of large diameter droplets to reduce and increase the diameter of the largest droplets to reduce.

Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum feinen Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffs ist vom bekannten Typ, gemäß dem der genannte flüssige Brennstoff mit einem komprimierten Hilfsfluid in einer Kammer oder in Mischungsleitungen vermischt wird, wobei die Kammer oder die Leitungen Ausgangsöffnungen aufweisen, die in eine Brennkammer münden und wobei von jeder von diesen ein zerstäubter Brennstoffstrahl ausgeht. A method according to the invention for fine atomization a liquid fuel is of the known type, according to the said liquid fuel with a compressed auxiliary fluid in a chamber or in Mixing lines is mixed, the chamber or the lines have outlet openings which lead into a Combustion chamber open and one of each of these atomized fuel jet runs out.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren, nach dem vor jeder Ausgangsöffnung eine zweite oder Sekundär-Düse gesetzt wird, die einen größeren Durchmesser als jener der Ausgangsöffnungen aufweist, und die koaxial zur Öffnung verläuft, und daß in die genannte zweite Düse ein komprimiertes Hilfsfluid unter einem Druck eingespritzt wird, der ausreicht, daß es sich mit einer größeren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Umfangsschichten des zerstäubten Brennstoffstrahls entspannt, der die genannte Öffnung verläßt.The object of the invention is achieved by a method after the second or before each exit opening Secondary nozzle is set which has a larger diameter than that of the exit openings, and the coaxial runs to the opening, and that into said second nozzle a compressed auxiliary fluid is injected under a pressure that is sufficient to deal with a larger one Speed than the speed of the Circumferential layers of the atomized fuel jet relaxed, who leaves the opening mentioned.

Ein Flüssigbrennstoffzerstäuber gemäß der Erfindung ist vom bekannten Typ, der eine oder mehrere erste oder Primär- Düsen aufweist, von denen zerstäubte Brennstoffstrahlen ausgehen und er ist gekennzeichnet dadurch, daß er weiterhin stromauf einer jeden der ersten Düsen eine zweite oder Sekundär-Düse aufweist, die koaxial zur ersten Düse verläuft, und die einen größeren Durchmesser bezüglich des Durchmessers der ersten Düse aufweist, und der weiterhin Einrichtungen zum Einspritzen eines ausreichend komprimierten Hilfsfluids in die zweiten Düsen aufweist, damit dieses sich mit einer größeren Geschwindigkeit entspannt als der Geschwindigkeit von Umfangsschichten des die erste Düse verlassenden Strahls.A liquid fuel atomizer according to the invention is from known type that one or more first or primary Has nozzles, of which atomized fuel jets going out and he is characterized by the fact that he further upstream of each of the first nozzles or has a secondary nozzle which is coaxial with the first nozzle runs, and the larger diameter with respect to the Has diameter of the first nozzle, and continues Means to inject a sufficient compressed auxiliary fluid in the second nozzle, so this is going at a greater speed relaxed as the speed of peripheral layers of the the first jet leaving the jet.

Ein Brenner gemäß der Erfindung ist vom bekannten Typ, der einen ersten oder Primär-Zerstäubungskopf aufweist, der eine Mischkammer begrenzt, in die der genannte flüssige Brennstoff eingeführt wird, und ein Hilfsfluid unter Druck eingeführt wird, und weist weiterhin erste oder Primär- Zerstäubungsdüsen auf, die jeweils eine Ausgangsöffnung aufweisen, aus der ein zerstäubter Brennstoffstrahl herauskommt.A burner according to the invention is of the known type which having a first or primary atomizing head which delimited a mixing chamber into which said liquid Fuel is introduced and an auxiliary fluid under pressure is introduced and continues to have first or primary Atomizing nozzles each have an exit opening have an atomized fuel jet comes out.

Ein erfindungsgemäßer Brenner weist weiterhin einen zweiten oder Sekundär- Zerstäubungskopf auf, der den genannten ersten Zerstäubungskopf umgibt, wobei der zweite Kopf eine Mehrzahl von zweiten oder Sekundär-Düsen aufweist, wobei jede der zweiten Düsen koaxial zu einer ersten oder Primär- Düse verläuft und einen größeren Durchmesser bezüglich des Ausgangsdurchmessers der ersten Düse aufweist und der Brenner weiterhin Einrichtungen zum Einspritzen eines Hilfsfluids in die genannten zweiten Düsen um die die ersten Düsen verlassenden Strahlen herum aufweist.A burner according to the invention also has a second one or secondary atomizing head on the said surrounds the first atomizing head, the second head one Has a plurality of second or secondary nozzles, wherein each of the second nozzles coaxial with a first or primary Nozzle runs and a larger diameter with respect to the Output diameter of the first nozzle and the Burner continues to inject a device Auxiliary fluids in said second nozzles around which has first jets leaving jets around.

Die Erfindung hat verbesserte Flüssigbrennstoffzerstäuber und Brenner zum Ergebnis, die mit diesen Zerstäubern versehen sind.The invention has improved liquid fuel atomizers and burners to the result with these atomizers are provided.

Die Zerstäuber gemäß der Erfindung erlauben die Tröpfchen zu zerstäuben, die sich am Umfang der die ersten Düsen verlassenden Strahlen befinden, und so zerstäubte Brennstoffstrahlen zu erhalten, in denen die Menge und der Durchmesser der größten Tröpfchen reduziert sind, was erlaubt, die festen Rückstände, die Ruß und Ablagerungen erzeugen, zu verringern.The atomizers according to the invention allow the droplets to atomize the perimeter of the first nozzle leaving rays, and so atomized Get fuel jets in which the amount and the Diameters of the largest droplets are what allowed the solid residues, the soot and deposits generate, decrease.

Die jeweiligen Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The respective subclaims have advantageous ones Further developments of the invention to the content.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die ohne einschränkenden Charakter Ausführungsbeispiele von Zerstäubern gemäß der Erfindung und von Brennerköpfen darstellen, die mit diesen Zerstäubern versehen sind. Darin zeigt:The following description refers to the attached drawings, which are not restrictive in nature Embodiments of atomizers according to the invention and represent burner heads that work with these Atomizers are provided. It shows:

Fig. 1 einen axialen Halbschnitt eines Zerstäubers gemäß der Erfindung; Figure 1 is an axial half section of an atomizer according to the invention.

Fig. 2 einen Axialschnitt eines Brennerkopfes gemäß der Erfindung; Fig. 2 is an axial section of a burner head according to the invention;

Fig. 3 einen Axialschnitt des Zerstäubungskopfes des Brenners gemäß Fig. 2; Fig. 3 is an axial section of the atomizing burner according to FIG. 2;

Fig. 4 und 5 einen Axialschnitt und eine Halbansicht von vorne des Verteilers eines Brenners nach Fig. 2; FIGS. 4 and 5 an axial sectional view and a half front view of the manifold of a burner according to Fig. 2;

Fig. 6 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Brenners gemäß der Erfindung; Fig. 6 is an axial section of a second embodiment of a burner according to the invention;

Fig. 7 einen Axialschnitt eines Verteilers des Brenners gemäß Fig. 6; FIG. 7 shows an axial section of a distributor of the burner according to FIG. 6;

Fig. 8 und 9 Vorderansichten des Verteilers gemäß den Ansichten VIII-VIII und IX-IX von Fig. 7; Fig. 8 and 9 are front views of the manifold according to the views VIII-VIII and IX-IX of Fig. 7;

Fig. 10 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsvariante eines Brennerkopfes gemäß Fig. 6; Fig. 10 according to an axial section of a first embodiment of a burner head Fig. 6;

Fig. 11 einen Axialschnitt einer zweiten Variante; FIG. 11 is an axial section of a second variant;

Fig. 12 einen Axialschnitt einer dritten Variante; FIG. 12 is an axial section of a third variant;

Fig. 13 einen Axialschnitt einer vierten Variante und Fig. 13 is an axial section of a fourth variant and

Fig. 14 einen Axialschnitt eines Zerstäuberkopfes. Fig. 14 is an axial section of an atomizer head.

Fig. 1 stellt einen teilweisen axialen Halbschnitt eines Zerstäubungskopfes 1 dar, der am Ende vor einem Brenner mit der Achse x-x ₁ angeordnet ist. Fig. 1 shows a partial axial half-section of an atomizing head 1 , which is arranged at the end in front of a burner with the axis xx ₁ .

Der Kopf 1 begrenzt eine Mischkammer 2, in der durch jegliche bekannte Einrichtung ein flüssiger Brennstoff und ein Hilfsfluid unter Druck eingespeist werden. Der Kopf 1 weist Düsen oder Stutzen oder Einspritzleitungen 3 auf, die durch eine Ausgangsöffnung 3 a in eine Verbrennungskammer münden, wo ein Druck vorherrscht, der allgemein in der Nähe des Atmosphärendrucks liegt und in allen Fällen erheblich geringer als der Druck des Hilfsfluids ist, das in der Mischkammer 2 enthalten ist. Unter der Einwirkung der Druckdifferenz entspannt sich das Hilfsfluid durch die Düsen 3 derart, daß aus jeder dieser Düsen ein zerstäubter Brennstoffstrahl 4 herauskommt, der eine Suspension von feinen Flüssigkeitströpfchen in einem Gasstrahl ist.The head 1 delimits a mixing chamber 2 , into which a liquid fuel and an auxiliary fluid are fed under pressure by any known device. The head 1 has nozzles or nozzles or injection lines 3 which open through an outlet opening 3 a into a combustion chamber, where a pressure prevails which is generally close to atmospheric pressure and in all cases is considerably lower than the pressure of the auxiliary fluid, which is contained in the mixing chamber 2 . Under the influence of the pressure difference, the auxiliary fluid relaxes through the nozzles 3 in such a way that an atomized fuel jet 4 comes out of each of these nozzles, which is a suspension of fine liquid droplets in a gas jet.

Ein verbesserter Zerstäuber gemäß der Erfindung weist weiterhin einen Hilfskopf 5 auf, der vor den gewöhnlichen Kopf 1 gesetzt ist.An improved atomizer according to the invention furthermore has an auxiliary head 5 which is placed in front of the ordinary head 1 .

Der Hilfskopf 5 weist zweite Düsen 6 auf, die einen größeren Durchmesser bezüglich des Durchmessers der Ausgangsöffnung 3 a aufweist und die koaxial zu den Leitungen oder Stutzen 3 derart angeordnet sind, daß die von den Öffnungen 3 a ausgehenden Strahlen 4 die zweiten Düsen 6 durchqueren, um in die Brennkammer einzutreten.The auxiliary head 5 has second nozzle 6, which has 3 a has a larger diameter relative to the diameter of the outlet opening and which are arranged coaxially with the conduits or nozzle 3 so that the passing through the second nozzle 6 from the openings 3 a outgoing beams 4, to enter the combustion chamber.

Der Hilfskopf 5 begrenzt mit dem Kopf 1 eine Hilfs- oder Zusatzkammer 7, in die ein zusätzliches Hilfsfluid eingespeist wird, das dasselbe sein kann wie das Hilfsfluid, das in die Mischkammer 2 eingespeist wird. Das Hilfsfluid entspannt sich über die Zusatz- oder Hilfsdüsen 6 und es ist mit einem Druck komprimiert, derart, daß seine Austrittsgeschwindigkeit größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Strahls 4, d. h. als die Geschwindigkeit der Schichten, die am Umfang des Strahls vorhanden sind.The auxiliary head 5 delimits with the head 1 an auxiliary or additional chamber 7 , into which an additional auxiliary fluid is fed, which can be the same as the auxiliary fluid that is fed into the mixing chamber 2 . The auxiliary fluid relaxes via the auxiliary or auxiliary nozzles 6 and it is compressed with a pressure such that its exit velocity is greater than the peripheral velocity of the jet 4 , ie the velocity of the layers which are present on the periphery of the jet.

So können die Fehler der Zerstäubung des Strahls, der die Öffnung 3 verläßt durch die Entspannung des zusätzlichen Hilfsfluids korrigiert werden, von dem die Wirkung auf den Umfang des Ausgangsstrahls konzentriert wird, wo sich die Tröpfchen mit dem größten Durchmesser befinden.Thus, the errors of atomization of the jet leaving the opening 3 can be corrected by the expansion of the additional auxiliary fluid, from which the effect is concentrated on the circumference of the exit jet, where the largest diameter droplets are located.

Dieses Verfahren ist für jeden Typ von Hilfsfluidzerstäubern und mit Ausgangsdüsen anwendbar, um die Feinheit der Zerstäubung zu verbessern.This procedure is for every type of Auxiliary fluid atomizers and applicable with exit nozzles to to improve the fineness of atomization.

Fig. 2 ist ein Axialschnitt eines Flüssigbrennstoffbrenners, der mit einem Zerstäubungskopf gemäß der Erfindung versehen ist. Dieser Brenner weist in bekannter Weise einen Körper 8 auf, der von einem axialen Kanal 9 durchsetzt ist. Fig. 2 is an axial section of a liquid fuel burner provided with an atomizing head according to the invention. This burner has a body 8 in a known manner, which is penetrated by an axial channel 9 .

Das hintere Ende des axialen Kanals 9 steht in Verbindung mit einer Leitung 10, durch die ein flüssiger Brennstoff herangeführt wird, beispielsweise Heizöl (fioul) oder schwere Öle (huiles lourdes).The rear end of the axial channel 9 is connected to a line 10 through which a liquid fuel is supplied, for example heating oil (fioul) or heavy oils (huiles lourdes).

Der Körper 8 weist zwei Reihen von parallelen Kanälen 11 und 12 auf, die auf zwei Kreisen angeordnet sind.The body 8 has two rows of parallel channels 11 and 12 , which are arranged on two circles.

Die hinteren Enden der Leitungen 11 und 12 münden in kreisförmige Kammern, die mit einer zweiten Leitung 13 in Verbindung stehen, durch die ein stark komprimiertes Zusatz- oder Hilfsfluid, beispielsweise komprimierte Luft oder Wasserdampf ankommt.The rear ends of the lines 11 and 12 open into circular chambers which are connected to a second line 13 through which a highly compressed additional or auxiliary fluid, for example compressed air or water vapor, arrives.

Der Brenner weist weiterhin einen Zerstäubungskopf 14 auf, der am Ende vor einem Verteiler 15 angeordnet ist, der zwischen dem Zerstäubungskopf 14 und dem Körper 8 liegt. Er weist einen Deckel oder eine Haube 16 auf, die auf den Körper 8 aufgeschraubt ist und die eine Schulter 17 trägt, die in Anlage gegen den Umfang des Zerstäubungskopfs 14 kommt. Dieser ist aus zwei Teilen, einem mehrdüsigen ersten oder Primär-Kopf 18 und einem mehrdüsigen zweiten oder Sekundär-Kopf 19 gebildet, der vor dem ersten Kopf angeordnet ist und in Anlage gegen eine Schulter von diesem kommt.The burner also has an atomizing head 14 , which is arranged at the end in front of a distributor 15 , which lies between the atomizing head 14 and the body 8 . It has a lid or hood 16 which is screwed onto the body 8 and which carries a shoulder 17 which comes into contact with the circumference of the atomizing head 14 . This is formed from two parts, a multi-nozzle first or primary head 18 and a multi-nozzle second or secondary head 19 , which is arranged in front of the first head and comes into contact with a shoulder thereof.

Die Schulter 17 in der Zusammensetzhaube kommt in Anlage gegen den Umfang des zweiten Kopfes 19.The shoulder 17 in the assembly hood comes into contact with the circumference of the second head 19 .

Der erste mehrdüsige Kopf 18 begrenzt einen Raum 20, von dem eine Mehrzahl von zylindrischen Düsen 21 ausgeht, die auf einem Konus angeordnet sind, der nach vorne divergiert. Kanäle 22 sind in die Wandstärke bzw. die Wand des Körpers des ersten Kopfes eingebracht und jeder der Kanäle 22 mündet in eine der Düsen 21. The first multi-nozzle head 18 delimits a space 20 , from which a plurality of cylindrical nozzles 21 extend, which are arranged on a cone which diverges forward. Channels 22 are introduced into the wall thickness or the wall of the body of the first head, and each of the channels 22 opens into one of the nozzles 21 .

Der flüssige Brennstoff, der die Kammer 20 füllt, durchquert die Düsen 21, wo er sich mit dem Hilfsfluid mischt, das durch die Leitungen 22 kommt, was die Zerstäubung der Flüssigkeit erzeugt, die die ersten Düsen 21 in Form von Strahlen verläßt. Derartige Brenner sind bekannt.The liquid fuel that fills the chamber 20 passes through the nozzles 21 where it mixes with the auxiliary fluid that comes through the conduits 22 , creating atomization of the liquid that exits the first nozzles 21 in the form of jets. Such burners are known.

Ein Brenner gemäß der Erfindung weist weiterhin einen zweiten mehrdüsigen Kopf 18 auf, der eine Mehrzahl von zylindrischen zweiten oder Sekundär-Düsen 23 trägt. Die Anzahl der zweiten Düsen 23 ist gleich der Anzahl der ersten oder Primär-Düsen 21.A burner in accordance with the invention further includes a second multi-nozzle head 18 which carries a plurality of cylindrical second or secondary nozzles 23 . The number of second nozzles 23 is equal to the number of first or primary nozzles 21 .

Die zweiten Düsen haben einen Durchmesser größer als der Durchmesser der ersten Düsen. Die zweiten Düsen sind gegenüber den ersten Düsen angeordnet und verlaufen koaxial zu diesen.The second nozzle has a diameter larger than that Diameter of the first nozzles. The second nozzles are arranged opposite the first nozzles and run coaxially to this.

Der zweite Kopf 19 begrenzt mit dem ersten Kopf 18 einen Zwischenraum 24, der die Form einer konischen Kammer hat, in die die ersten Düsen und die zweiten Düsen münden.The second head 19 defines with the first head 18 an intermediate space 24 which has the shape of a conical chamber into which the first nozzles and the second nozzles open.

Die Fig. 4 und 5 stellen entsprechend einen axialen Schnitt bzw. eine halbe Vorderansicht des Verteilers 15 dar. FIGS. 4 and 5 corresponding to constitute an axial sectional view and a half front view of the distributor 15.

Der Verteiler hat die Form eines zylindrischen Rings, der nacheinander durch zwei Reihen von Längskanälen 25 und 26 durchsetzt ist, die auf zwei Kreisen angeordnet sind.The distributor has the shape of a cylindrical ring which is successively interspersed by two rows of longitudinal channels 25 and 26 which are arranged on two circles.

An seinem Vorderende weist der Verteiler zwei konzentrische kreisförmige Nuten auf, eine Nut 25 a, in die die Kanäle 25 münden und eine Nut 26 a, in die die Kanäle 26 münden.At its front end, the distributor has two concentric circular grooves, a groove 25 a , into which the channels 25 open and a groove 26 a , into which the channels 26 open.

An seinem hinteren Ende weist der Verteiler 15 ebenfalls zwei kreisförmige konzentrische Nuten 25 b und 26 b auf, in denen die Kanäle 25 bzw. 26 münden. At its rear end, the distributor 15 also has two circular concentric grooves 25 b and 26 b , in which the channels 25 and 26 open.

Die Nut 25 b steht in Verbindung mit den Kanälen 12 des Körpers, während die Nut 26 b mit den Kanälen 11 des Körpers in Verbindung steht.The groove 25 b in communication with the channels 12 of the body, while the groove 26 b with the channels 11 of the body is in communication.

Die Nut 25 a steht in Verbindung mit den Kanälen 22 des ersten Kopfes und speist diesen mit Hilfsfluid. Die Nut 26 a steht in Verbindung mit der konischen Kammer 24 und speist ebenfalls diese mit Hilfsfluid.The groove 25 a is in communication with the channels 22 of the first head and feeds this with auxiliary fluid. The groove 26 a is in communication with the conical chamber 24 and also feeds this with auxiliary fluid.

Die Anzahl der Kanäle 25 ist größer als die Anzahl der Kanäle 26, beispielsweise weist der Verteiler achtzehn Kanäle 25 und zwölf Kanäle 26 auf.The number of channels 25 is greater than the number of channels 26 , for example the distributor has eighteen channels 25 and twelve channels 26 .

Der Beschickungsverlust der von dem Hilfsfluid hervorgerufen wird, das in den Kanälen 25 und 22 zirkuliert, ist größer als der Beschickungsverlust des Hilfsfluids, das in den Kanälen 26 zirkuliert, derart, daß der Druck des Fluids in der Kammer 24 derart ist, daß die Entspannung des Hilfsfluids über die zweiten Düsen 23 bei einer größeren Geschwindigkeit erfolgt als die Geschwindigkeit der Strahlen, die die ersten Düsen 21 verlassen.The feed loss caused by the auxiliary fluid circulating in channels 25 and 22 is greater than the feed loss of the auxiliary fluid circulating in channels 26 such that the pressure of the fluid in chamber 24 is such that the relaxation of the auxiliary fluid via the second nozzles 23 takes place at a greater speed than the speed of the jets leaving the first nozzles 21 .

Die Fig. 6 ist ein Axialschnitt einer Ausführungsvariante eines Brenners nach Fig. 2. Die gleichen Bereiche bzw. Teile sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet. FIG. 6 is an axial section of an embodiment variant of a burner according to FIG. 2. The same areas or parts are designated by the same reference numbers.

Der Einspritzkopf weist einen ersten Kopf 18 auf, der eine Mischkammer 20 begrenzt, die einerseits einen flüssigen Brennstoff empfängt, der in dem axialen Kanal 9 zirkuliert und der axial in die Kammer 20 eindringt und andererseits ein Hilfsfluid, das in den Leitungen 12 zirkuliert und das tangential in die Kammer 20 eindringt, in der es eintritt unter Vorbeiströmen zwischen Schaufeln 27. The injection head has a first head 18 which delimits a mixing chamber 20 which on the one hand receives a liquid fuel which circulates in the axial channel 9 and which axially penetrates into the chamber 20 and on the other hand an auxiliary fluid which circulates in the lines 12 and the like penetrates tangentially into the chamber 20 , in which it enters while flowing between blades 27 .

Der erste Kopf 18 weist eine Mehrzahl von zylindrischen Düsen 21 auf, durch die die Brennstoffstrahlen, die zerstäubt sind, herauskommen.The first head 18 has a plurality of cylindrical nozzles 21 through which the fuel jets that are atomized come out.

Der Einspritzkopf weist weiterhin einen zweiten Kopf 19 auf, der mit einer Mehrzahl von zylindrischen Düsen 23 versehen ist, die fluchtend mit den Düsen 21 ausgerichtet sind und die einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als jener der Düsen 21.The injection head further has a second head 19 which is provided with a plurality of cylindrical nozzles 23 which are aligned with the nozzles 21 and which have a diameter which is larger than that of the nozzles 21 .

Der erste und zweite Kopf begrenzen zwischen sich eine Kammer 24, in der die ersten Düsen 21 und die zweiten Düsen 23 münden.The first and second heads delimit between them a chamber 24 in which the first nozzles 21 and the second nozzles 23 open.

Das Hilfsfluid, das durch die Leitungen 12 eintrifft, dringt radial in die Zwischenkammer 24 durch einen Umfangskanal ein, der mit Schaufeln 28 versehen ist.The auxiliary fluid, which arrives through the lines 12 , penetrates radially into the intermediate chamber 24 through a circumferential channel which is provided with blades 28 .

Die Kanäle, die mit Schaufeln 27 und 28 versehen sind, bilden einen Teil eines Teils 29, genannt Emulgierer, der sich unmittelbar hinter dem Einspritzkopf und um die Mischkammer herum befindet.The channels, which are provided with blades 27 and 28 , form part of a part 29 , called an emulsifier, which is located immediately behind the injection head and around the mixing chamber.

Die Fig. 7 stellt einen Axialschnitt des Teils 29 dar, in dem man die Mischkammer 20 und die mit den Schaufeln 27 und 28 versehenen Kanäle sieht. Die Fig. 8 und 9 stellen Seitenansichten der Fig. 7 dar. FIG. 7 shows an axial section of part 29 , in which one can see the mixing chamber 20 and the channels provided with the blades 27 and 28 . FIGS. 8 and 9 are side views of Fig. 7.

Fig. 10 ist ein Axialschnitt einer Ausführungsvariante eines Brenners gemäß Fig. 6. Der einzige Unterschied besteht in der Tatsache, daß die ersten Düsen 21 und die zweiten Düsen 23 konisch sind und nach vorne konvergieren, was erlaubt, noch bessere Ergebnisse als jene zu erzielen, die man mit den zylindrischen Düsen erhält. Fig. 10 is an axial section of an embodiment of a burner according to Fig. 6. The only difference is the fact that the first nozzles 21 and the second nozzles 23 are conical and converge forward, which allows to achieve even better results than those that you get with the cylindrical nozzles.

Fig. 11 ist ein Axialschnitt einer weiteren Ausbildungsform eines Brenners nach Fig. 6. In dieser Variante trägt der erste Zerstäubungskopf 19 erste Düsen 21, die konisch sind und nach vorne konvergieren, während der zweite Zerstäubungskopf 18 zweite Düsen 23 trägt, die ebenfalls konisch sind, die jedoch nach vorne divergieren. Vorteilhafter Weise ist der Konizitätswinkel der zweiten Düsen 23 im wesentlichen gleich einem Öffnungswinkel der Strahlen, die von den ersten Düsen ausgehen. Diese umgekehrte Anordnung der Konizität der Düsen erlaubt die zweite Zerstäubung und den Austausch der Bewegungseigenschaften zwischen dem ersten Strahl und dem zusätzlichen Hilfsfluid zu optimieren, das sich über die zweiten Düsen entspannt. Fig. 11 is an axial section of a further embodiment of a burner according to Fig. 6. In this variant carries the first spray head 19 first nozzle 21 which are tapered and converge toward the front, while the second spray head 18 carries second nozzle 23, which are also conical that diverge forward. Advantageously, the taper angle of the second nozzles 23 is substantially equal to an opening angle of the jets emanating from the first nozzles. This reverse arrangement of the taper of the nozzles allows to optimize the second atomization and the exchange of the movement properties between the first jet and the additional auxiliary fluid which relaxes via the second nozzles.

Die Wahl von Kanalquerschnitten des Hilfsfluids durch den Kanal 28 und von Querschnitten der zweiten Düsen 23 erlaubt den Verbrauch des zweiten Hilfsfluids und die Qualität der Zerstäubung einzustellen und zu optimieren.The choice of channel cross sections of the auxiliary fluid through the channel 28 and of cross sections of the second nozzles 23 allows the consumption of the second auxiliary fluid and the quality of the atomization to be set and optimized.

Die Tatsache, daß der Brenner ein getrenntes und austauschbares Teil 29 aufweist, erlaubt leicht den Kanalquerschnitt des Hilfsfluids zu verändern.The fact that the burner has a separate and replaceable part 29 allows the channel cross section of the auxiliary fluid to be easily changed.

Fig. 12 zeigt einen Axialschnitt einer dritten Ausführungsform eines Brenners gemäß Fig. 6. FIG. 12 shows an axial section of a third embodiment of a burner according to FIG. 6.

Gemäß dieser Ausführungsform weisen der erste Zerstäuberkopf 18, der die Mischkammer 20 umgibt, sowie der zweite Kopf 19 beide eine im allgemeinen halbkugelige und konzentrische Form auf, was erlaubt, die ersten Düsen 21 und die zweiten Düsen 23 unter Einbringen von Durchbrüchen und unter Verändern des Winkels α, den die Durchbrechungsachsen mit der Achse x-x ₁ des Brenners bilden, sowie die Durchmesser d ₁ der ersten Düsen und d ₂ der zweiten Düsen, herzustellen.According to this embodiment, the first atomizing head 18 , which surrounds the mixing chamber 20 , and the second head 19 both have a generally hemispherical and concentric shape, which allows the first nozzles 21 and the second nozzles 23 to be provided with openings and by changing the Angle α , which the breakthrough axes form with the axis xx _{1 of} the burner, and the diameters d _{1 of} the first nozzles and d _{2 of} the second nozzles.

Fig. 13 zeigt eine Variante der Ausführungsform eines Brenners nach Fig. 12, in der der erste und zweite Einspritzkopf eine erste Gruppe von n ₁ ersten 21 ₁ und zweiten 23 ₁ Düsen aufweist, die auf einem Öffnungskonus angeordnet sind, und weist eine zweite Gruppe von n ₂ ersten 21 ₂ und zweiten 23 ₂ Düsen auf, die auf einem zweiten Öffnungskonus β angeordnet sind, wobei der Winkel β unterschiedlich ist vom Winkel α. FIG. 13 shows a variant of the embodiment of a burner according to FIG. 12, in which the first and second injection heads have a first group of n ₁ first 21 ₁ and second 23 ₁ nozzles, which are arranged on an opening cone, and have a second group of n ₂ first 21 ₂ and second 23 ₂ nozzles, which are arranged on a second opening cone β , the angle β being different from the angle α .

Diese Anordnung erlaubt die Verbrennung zu staffeln. Wenn die Querschnitte der zweiten Düsen 23 ₁ und 23 ₂ identisch sind, so sind die absoluten Austrittsgeschwindigkeiten des Hilfsfluids ebenfalls identisch, wo hingegen die Axialkomponenten V ₁ und V ₂ der die beiden zweiten Düsengruppen verlassenden Strahlen nicht dieselben sind.This arrangement allows the combustion to be staggered. If the cross sections of the second nozzles 23 ₁ and 23 _{2 are} identical, the absolute exit velocities of the auxiliary fluid are also identical, whereas the axial components V ₁ and V ₂ of the jets leaving the two second nozzle groups are not the same.

Man kann die Brennstoffeinspritzung staffeln unter Auswählen der Zahlen n ₁ und n ₂ von Düsen in jeder Gruppe, der Düsenquerschnitte der beiden Gruppen und der Winkel α und β derart, daß die Erzeugung von Stickstoffoxiden verringert wird, beispielsweise durch Erhöhen der axialen Geschwindigkeit V ₁ der die Düsen der ersten Gruppe verlassenden Strahlen, die einem geringeren Winkel a entspricht und unter Verringerung der axialen Geschwindigkeit V ₂ der die Düsen der zweiten Gruppe verlassenden Strahlen, die einem Winkel β entspricht, der größer ist.The fuel injection can be staggered by selecting the numbers n ₁ and n ₂ of nozzles in each group, the nozzle cross-sections of the two groups and the angles α and β in such a way that the generation of nitrogen oxides is reduced, for example by increasing the axial speed V _{1 of} the the jets leaving the nozzles of the first group, which corresponds to a smaller angle α , and with a reduction in the axial velocity V ₂ of the jets leaving the nozzles of the second group, which corresponds to an angle β which is greater.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Durchmesser der ersten Düsen 21 ₁, 21 ₂ der beiden Gruppen unterschiedlich, sowie die Durchmesser der zweiten Düsen 23 ₁, 23 ₂. Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die ersten Düsen 23 ₁, 23 ₂ alle denselben Durchmesser auf und die Durchmesser der zweiten Düsen 23 ₁, 23 ₂ sind unterschiedlich.According to one embodiment, the diameters of the first nozzles 21 ₁ , 21 _{2 of} the two groups are different, and the diameters of the second nozzles 23 ₁ , 23 ₂ . According to another embodiment, the first nozzles 23 ₁ , 23 ₂ all have the same diameter and the diameters of the second nozzles 23 ₁ , 23 ₂ are different.

Fig. 14 ist ein Axialschnitt eines Zerstäuberkopfes gemäß der Erfindung, der aus einem ersten Kopf 18 und einem zweiten Kopf 19 gebildet ist, der den ersten Kopf umgibt. Der erste Kopf begrenzt eine Mischkammer 20, der die ersten Düsen 21 trägt, wo hingegen der zweite Kopf die zweiten Düsen 23 trägt, die mit den ersten Düsen ausgerichtet sind. Fig. 14 is an axial section of a spray head, which surrounds the first head according to the invention, which is formed of a first head 18 and second head 19. The first head defines a mixing chamber 20 which carries the first nozzles 21 , whereas the second head carries the second nozzles 23 which are aligned with the first nozzles.

Die Kammer 20 ist durch einen ebenen Boden 20 a begrenzt, der senkrecht zur Achse x-x ₁ des Brenners verläuft und die Eingangsöffnungen der ersten Düsen 21 sind vorteilhafter Weise so nah wie möglich an dem ebenen Boden 20 a angeordnet, d. h. am Umfang von diesem, da wo der ebene Boden an die schrägen Seitenwände anschlägt, die die Kammer begrenzen.The chamber 20 is delimited by a flat bottom 20 a , which runs perpendicular to the axis xx _{1 of} the burner, and the inlet openings of the first nozzles 21 are advantageously arranged as close as possible to the flat bottom 20 a , ie on the circumference of this, since where the flat floor strikes the sloping side walls that delimit the chamber.

Diese Stellung weist den Vorteil auf, daß pulsartige und zweiphasige Strömungen vermieden werden.This position has the advantage that pulse-like and two-phase flows can be avoided.

Claims

1. A process for the fine atomization of a liquid fuel, according to which an auxiliary fluid under pressure which radially or tangentially enters said chamber is first mixed in a chamber ( 2 ) with a liquid fuel which axially enters the chamber, the plurality Has outlet openings ( 3 a ), from each of which an atomized fuel jet emerges, and upstream of each of the outlet openings ( 3 a ) a second or secondary nozzle ( 6 ) is arranged, which has a larger diameter than that of the outlet opening ( 3 a ) , and coaxial therewith, and radially injecting a compressed auxiliary fluid surrounding said jets radially into said second nozzles, characterized in that the axial injection speed of said auxiliary fluid into said second nozzles is greater than the axial velocity of the peripheral layers of the atomized fuel jet surrounded by the auxiliary fluid becomes.

2. Burner for atomized liquid fuels of the type having a first or primary atomizing head ( 18 ) defining an axial mixing chamber ( 20 ) in which the liquid fuel is introduced axially and radially or tangentially an auxiliary fluid under pressure, the chamber being the first or primary atomizing nozzles ( 21 ), each having an outlet opening from which an atomized fuel jet emerges, the burner further has a second or secondary atomizing head ( 19 ) which surrounds said first atomizing head ( 18 ), with limitation, with the latter an auxiliary chamber ( 7 ), the second head carrying a plurality of second or secondary nozzles ( 23 ), each of which is arranged coaxially with a first or primary nozzle and has a diameter which is larger than the outlet opening thereof, characterized in that the burner means for radial injection into said auxiliary chamber of a Hil fsfluids under sufficient pressure so that it relaxes in the said second nozzles around the jets emerging from the first nozzles, with an axial velocity that is greater than the velocity of the peripheral layers of the jets.

3. Burner according to claim 2, characterized in that the first nozzles ( 21 ) are frustoconical and converging towards the exit, and the second nozzles ( 23 ) are also frustoconical and converging towards the exit.

4. Burner according to claim 2, in which the second nozzles ( 23 ) are frustoconical and converge on exit, characterized in that the conicity angle of the second nozzles is substantially equal to the opening angle of the jets ( 4 ) leaving the first nozzles.

5. Burner according to claim 2, characterized in that the front side wall of the first head ( 18 ) and the front side wall of the second head ( 19 ) are concentric spherical areas.

6. A burner according to claim 5, in which said first and second injection heads have two groups of nozzles, the axes of which are arranged on the conical surfaces which form different angles ( α , β ) with the axis (xx ₁ ) of the burner , characterized in that the diameters of the second nozzles of the two groups are different.

7. Burner according to claim 6, characterized in that the Diameter of the first nozzles of the two groups as well are different.

8. Burner according to one of claims 2 to 7, characterized in that it has an interchangeable distributor ( 15 , 29 ) behind the atomizing head, the channels ( 25 , 26 , 27 , 28 ) for an auxiliary fluid which on the one hand the space ( 24 ) and on the other hand feeds the mixing chamber ( 20 ) or channels ( 22 ) which open into said first nozzles ( 21 ).

9. Liquid fuel atomization of the type with one or more first or primary nozzles ( 3 ) from which jets ( 4 ) emanate from atomized liquid fuel and continue in front of each of the first nozzles with a second or secondary nozzle ( 6 ) coaxial with this and which has a larger diameter than its diameter, characterized in that it has means for injecting an auxiliary fluid into the second nozzles at a pressure sufficient to relax through said second nozzles at a speed which is greater than that the peripheral layers of the jets leaving the first nozzles.