DE4400569A1

DE4400569A1 - Brenner zum Verbrennen von flüssigem Treibstoff

Info

Publication number: DE4400569A1
Application number: DE4400569A
Authority: DE
Inventors: Masuaki Toyoshima; Masashi Satoh; Matsue Satoh
Original assignee: PETROLEUM ENERGY CENTER FOUNDATION TOKIO/TOKYO; Petroleum Energy Center PEC; Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 1994-07-14
Also published as: JPH06213416A; CN1095462A; JP3388792B2; US5460514A; KR940018602A

Description

Die Erfindung bezieht dich auf einen Brenner zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff, der für eine kleine Verbrennungsan lage wie einen kleinen Brenner für den Geschäftsbetrieb ver wendet wird und insbesondere bezieht sie sich auf einen soge nannten niederen NO_x-Gasbrenner, mit dem eine geringe Menge an Stickstoffoxiden (NO_x) erzeugt wird.

Seit neuerer Zeit ist es vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes stark erwünscht, die Menge an NO_x-Gas zu verringern, die von verschiedenen Verbrennungsvorrichtungen, wie etwa mittlere und große Heizkessel und industrielle Brennöfen und auch von kleinen Verbrennungsanlagen, wie etwa kleine Heizkessel für gewerbliche Verwendung erzeugt wird. Daher ist es dringend erforderlich, die Menge an NO_x-Gas zu verringern, die von Verbrennungsvorrichtungen erzeugt wird.

Insbesondere im Falle einer kleinen Verbrennungsanlage, wie ein kleiner Heizkessel für gewerbliche Verwendung, in dem flüssiger Treibstoff verbrannt wird, ist die Belastung einer Verbrennungskammer groß, so daß die Verbrennungsbedingungen hart sind. Folglich erhöht sich die Menge an NO_x-Gas, das durch die Verbrennungsanlage erzeugt wird.

Herkömmlicherweise werden zur Verringerung der NO_x-Gasmenge, die von den Verbrennungsvorrichtungen erzeugt wird, folgende Verfahren verwendet: Ein Umlaufverfahren, in dem ein Teil des Auspuffgases in einen Verbrennungsbereich zurückgeführt wird und wiederverbrannt wird, um die Verbrennungstemperatur zu verringern; ein zwei Schritt-Verbrennungsverfahren, in dem Treibstoff in zwei Schritten verbrannt wird; und ein Verfah ren, in dem ein normaler Brenner in einen sogenannten niede ren NO_x-Gasbrenner umgewandelt wird, mit dem eine kleine Menge an NO_x-Gas erzeugt wird.

Mit diesem niederen NO_x-Gasbrenner wird die Verbrennungstem peratur verringert, so daß die Erzeugung von thermischem NO_x- Gas unterdrückt werden kann. Beispielsweise werden die fol genden niederen NO_x-Gasbrenner bereitgestellt: Ein Brenner, in dem Einlässe für die Treibstoffeinspritzung beabstandet voneinander ausgebildet sind und die Flammen in beabstandeten Bereichen gebildet werden, so daß die Flammentemperatur ver ringert werden kann; ein Brenner, mit dem Treibstoff langsam verbrannt wird, wenn die Verbrennungsluft in zwei Schritten zugeführt wird; und ein Brenner, mit dem Treibstoff schritt weise eingespritzt wird, so daß treibstoffreiche Flammen und treibstoffarme Flammen gebildet werden.

Nach dem vorstehenden Verfahren der Gasrückführung und dem der Zwei-Schritt-Verbrennung kann die Menge an NO_x-Gas wirk sam verringert werden. Jedoch besitzen die vorstehenden Ver fahren den Nachteil, daß sich die Kosten erhöhen, wenn die Vorrichtung zur Anpassung an die Verfahren verändert oder er weitert wird.

Ferner treten im Fall einer kleinen Verbrennungsanlage Pro bleme auf, wenn ein Platz für die Anbringung der Vorrichtung bereitgestellt werden soll.

Andererseits treten nach dem vorstehenden Verfahren, in dem der Brenner in einen niederen NO_x-Gasbrenner umgewandelt wird, keine Probleme hinsichtlich der Kosten und des Platzes auf. Daher ist die Verwendung des vorstehenden Verfahrens, in dem der Brenner in einen niederen NO_x-Gasbrenner umgewandelt wird, äußerst bevorzugt. Jedoch wird im Fall eines Brenners zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff kein Brenner bereit gestellt, der die Menge an NO_x-Gas lediglich durch seine ei gene Wirkungsweise auf einen Kontrollwert verringern kann. In fast allen Fällen ist es nötig, nicht nur einen niederen NO_x- Brenner, sondern auch eine sekundäre Anlage zur Verringerung der NO_x-Gasmenge bereitzustellen, beispielsweise ist eine An lage, in der NO_x-Gas mit Ammoniak entfernt wird, eine Anlage, in der die Verbrennungstemperatur mit einem Katalysator ver ringert wird und dergleichen erforderlich. Im Falle eines herkömmlichen niederen NO_x-Gasbrenners wird die vorstehend erwähnte langsame Verbrennung oder Verbrennung von dickem und dünnen Treibstoff durchgeführt. Daher ist die Flammenfläche vergrößert oder die Flammenlänge verlängert. Dementsprechend ist es schwierig, die herkömmlichen niederen NO_x-Gasbrenner für kleine Heizkessel u.ä. zu verwenden.

Aufgrund der vorstehenden Probleme konnten derzeitig keine zufriedenstellenden Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um die Menge an NO_x-Gas in einer kleinen Verbrennungsanlage, wie etwa einen kleinen Heizkessel, zu verringern.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Brenner zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff bereitzustellen, mit dem die Flammen stabilisiert werden können.

Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Brenners zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff, mit dem die Verbrennung langsam durchgeführt wird, während die Flam mentemperatur und die Konzentration an überschüssigem Sauer stoff insgesamt gering sind, so daß die Menge des erzeugten thermischen NO_x-Gases verringert werden kann und ein Inversi onsverhältnis von in dem flüssigem Treibstoff enthaltenem Stickstoff zum NO_x des Treibstoffs auch verringert werden kann.

Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, daß ein Brenner zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff bereitgestellt wird, mit dem die Verbrennung stabilisiert wird, so daß der Wir kungsgrad einer Verbrennungsanlage verbessert werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Brenner mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1.

In diesen Brenner wird die von der Gebläsevorrichtung er zeugte Gebläseluft als Verbrennungsluft zugeführt und durch die Stromteilungsvorrichtung auf den inneren und äußeren Zy linder verteilt, während die Menge der unterteilten Luft auf geeignete Weise eingestellt wird. Andererseits wird der flüs sige Treibstoff mit der Treibstoffeinspritzdüse atomisiert und mit der dem inneren Zylinder zugeführten Primärluft ver mischt. Dann wird die Mischung durch die Zündvorrichtung ge zündet, um die Treibstoffverbrennung zu beginnen. Durch die Einwirkung der Ablenkplatte zur Flammensteuerung, die auf der Seite des inneren Zylinders vorgesehen ist, werden der durch die Treibstoffeinspritzdüse atomisierte flüssige Treibstoff und die Primärluft einheitlich vermischt und eine stabile Flamme ausgebildet.

Der unverbrannte Treibstoff in dem inneren Zylinder wird mit der durch den äußeren Zylinder zugeführten Sekundärluft ver mischt, wobei die Sekundärluft durch die Wirkung der Verwir belungsvorrichtung verwirbelt. Die Flamme auf der Seite des äußeren Zylinders wird so gebildet, daß sie durch die Wirkung der Ablenkplatte zur Flammensteuerung aufrechterhalten wird, welche auf der Seite des äußeren Zylinders vorgesehen ist und die Flamme des inneren Zylinders umgibt.

Ein Anteil der Verbrennungsluft, die auf den inneren Zylinder verteilt wurde, d. h. ein Anteil der Primärluft wird vorzugs weise auf 5 bis 20% der Gesamtmenge der Verbrennungsluft und insbesondere bevorzugt auf 8 bis 15% ausgesteuert.

Wenn der Anteil der Primärluft, die dem inneren Zylinder zu geführt wird, wie vorstehend beschrieben, extrem verringert wird, wird die Verbrennung bei treibstoffreichen Arbeitsbe dingungen durchgeführt. Dementsprechend kann eine stabile Flamme bereitgestellt werden, d. h. eine stabile Verbrennung wird bei treibstoffreichen Arbeitsbedingungen durchgeführt.

Der Einspritzwinkel der Sekundärluft, die durch eine zwischen benachbarten Leitblechen der Verwirbelungsvorrichtung aus ge bildete Einspritzöffnung am Vorderende eingespritzt wird, wird vorzugsweise auf einen Wert von nicht weniger als 30° und nicht mehr als 60° eingestellt.

Folglich kann der nicht verbrannte Treibstoff im inneren Zy linder mit der aus dem äußeren Zylinder zugeführten Sekundär luft, die durch die Wirkung der Verwirbelungsvorrichtung stark verwirbelt wurde, vermischt werden. Aufgrund der Wir kung des Wirbelstroms der Sekundärluft können der unver brannte Treibstoff und die Sekundärluft gleichmäßig vermischt werden und die Verweilzeit dieser Mischung wird verkürzt. Da her kann bei treibstoffarmen Arbeitsbedingungen eine nicht leuchtende Flamme gebildet werden, deren Länge klein ist. Diese nicht leuchtende Flamme wird so gebildet, daß sie durch die Wirkung einer Ablenkplatte zur Flammensteuerung stabili siert wird, welche außerhalb des äußeren Zylinders vorgesehen ist und eine durch die treibstoffreiche Verbrennung im inne ren Zylinder erzeugte Flamme umgibt.

Folglich wird die Verbrennung langsam durchgeführt mit der Maßgabe, daß die Flammentemperatur und die Konzentration an überschüssigem Sauerstoff insgesamt gering sind. Dementspre chend kann die Menge an erzeugtem thermischem NO_x-Gas verrin gert werden und das Umwandlungsverhältnis von im flüssigen Treibstoff enthaltenem Stickstoff zu dem NO_x des Treibstoffs kann verringert werden.

Ferner wird der Gesamtanteil der Luft bzw. Luftverhältnis vorzugsweise auf 1,1 bis 2,0 und insbesondere bevorzugt auf 1,1 bis 1,3 eingestellt.

Folglich kann die Verbrennung stabilisiert werden und der Wirkungsgrad einer Verbrennungsanlage kann verbessert werden.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin dung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es ist jedoch festzustellen, daß die Erfindung sich nicht auf die spezifische Ausführungsform be schränkt.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die die Gesamtanordnung ei ner Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bren ners zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff zeigt,

Fig. 2 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht der vorstehenden Ausführungsform,

Fig. 3 eine Seitenansicht bezüglich Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die die Struktur der Ablenkplatte zur Flammensteuerung der vorste henden Ausführungsform zeigt,

Fig. 5 eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Struktur einer Verwirbelungsvorrichtung in der vorstehenden Ausführungsform zeigt,

Fig. 6 ein Graph, der die Konzentration von NO_x-Gas in einem Heizkessel vom Typ mit vertikalem Heißwas serrohr zeigt, mit dem der erfindungsgemäße Bren ner zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff ver wendet wird,

Fig. 7 ein Graph, der das Versuchsergebnis des erfin dungsmäßen Brenners zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff mit der Beziehung zwischen dem Primär luftverhältnis und der NO_x-Konzentration zeigt,

Fig. 8 ein Graph, der das Versuchsergebnis des erfin dungsgemäßen Brenners zur Verbrennung von flüssi gem Treibstoff mit der Beziehung zwischen dem Überschußluftverhältnis und der Rauchgradzahl zeigt, und

Fig. 9 ein Graph, der das Versuchsergebnis des erfin dungsmäßen Brenners zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff mit der Beziehung zwischen dem Über schußluftverhältnis und der CO-Konzentration zeigt.

Unter die Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nachstehend der Aufbau eines Brenners zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff kurz erklärt. Ein Brenner 1 beinhaltet einen Hauptbrennkörper 2, eine Düse 3 zur Einspritzung von flüssi gem Treibstoff, eine Gebläsevorrichtung 4, die als Vorrich tung zum Einblasen von Luft verwendet wird, um Verbrennungs luft zuzuführen, eine Schiebevorrichtung 5, die als Stromtei lungsvorrichtung verwendet wird, um die mit der Gebläsevor richtung 4 zugeführte Verbrennungsluft zu teilen und eine Zündkerze 6, die als Zündvorrichtung verwendet wird.

In diesem Fall ist der Hauptbrennkörper 2 mit einem doppelten zylindrischen Teil 2a versehen, das aus einem inneren Zylin der 2a und einem äußeren Zylinder 2b besteht, die koaxial an geordnet sind. Eine vordere Endfläche dieses doppelten zylin drischen Teils 2a ist geöffnet und eine hintere Endfläche ist geschlossen.

Ein schachtelförmiges Fensterteil 7, das nur mit der Innen seite des äußeren Zylinders 2b in Verbindung steht, wird auf einer äußeren Umfangsfläche des hinteren Endteils des doppel ten zylindrischen Teils 2a einstückig ausgebildet.

Die Düse 3 zur Einspritzung des flüssigen Treibstoffs besteht aus einem stabförmigen, zylindrischen Düsenverbindungsstück 3a und einem mit einem vorderen Endbereich des Düsenverbin dungsstücks 3a verbundenen Teil 3b zur Bildung der Düse. Eine Einspritzöffnung 3c ist am vorderen Endteil des Teils 3b zur Bildung der Düse ausgebildet.

Die vorstehend beschriebene Düse 3 zur Einspritzung des flüs sigen Treibstoffs ist innerhalb des inneren Zylinders 2a ent lang einer Mittelachse des inneren Zylinders 2a angeordnet. Die Einspritzöffnung 3c am vorderen Ende des Teils 3b zur Bildung der Düse ist so angeordnet, daß sie über den Öff nungsbereich des vorderen Endes des inneren Zylinders 2a nach außen gerichtet ist.

Die Schiebevorrichtung 5 ist ein variabler Schieber, der die Einstellung eines Anteils der Verbrennungsluft ermöglicht, die mit der Maßgabe zugeführt wird, daß die Luft auf den in neren und äußeren Zylinder 2a und 2b verteilt wird. Diese va riable Schiebevorrichtung 5 ist innerhalb des hinteren Endbe reich des inneren Zylinders 2a angeordnet und ein Einlaß 5a für die Verbrennungsluft wird zur Innenseite des äußeren Zy linders 2b hin geöffnet. Dieser Einlaß 5a ist mit einer vari ablen Schließvorrichtung 5b ausgestattet, die die Öffnungs fläche des Einlaß 5a verändert. Auf diese Weise kann ein An teil der Verbrennungsluft, der vom Einlaß 5a zum inneren Zy linder 2a fließt, eingestellt werden. Die Zündkerze 6 ist am äußeren Umfang des Düsenverbindungsstücks 2a der Treibstof feinspritzdüse 3 befestigt und ein vorderer endständiger Zündbereich 6 der Zündkerze 6 befindet sich in einer Stellung nahe der vorderen endständigen Einspritzöffnung 3c des Teils zur Bildung der Düse 3b der Treibstoffeinspritzdüse 3.

In diesem Fall wird in einem vorderen endständigen Öffnungs bereich des inneren Zylinders 2a eine ringförmige Ablenk platte zur Flammensteuerung 8 für den inneren Zylinder be reitgestellt und die Ablenkplatte 8 zur Steuerung der ring förmigen Flamme bedeckt einen Endbereich auf dem Außenumfang der Öffnungsfläche ringförmig.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird diese Ablenkplatte 8 zur Flammensteuerung für den inneren Zylinder auf folgende Weise aufgebaut:

Auf einem ringförmigen Plattenteil 8A wird eine große Zahl von Einschnitten 8a mit vorbestimmter Länge so gebildet, daß sich die Einschnitte 8a von auf dem Umfang des ringförmigen Plattenteils 8A in regelmäßigen Abständen befindlichen Posi tionen bis zum Zentrum des ringförmigen Plattenteils 8A er strecken. Dann werden Bereiche des ringförmigen Plattenteils 8A, die sich zwischen den Einschnitten 8a befinden, diagonal abgespreizt, um eine große Anzahl von Leitblechen 8B zu bil den. In diesem Fall sind Zwischenräume C zwischen den benach barten Leitblechen 8B vorgesehen.

Die Mischung wird durch die zwischen den benachbarten Leit blechen 8B ausgebildeten Zwischenräume c ausgeblasen. Danach wird die Mischung im Fall dieser Ablenkplatte zur Flammen steuerung 8 durch die Zwischenräume c zurückgeführt. Das be deutet, daß eine Mischungsrückführung durch die Ablenkplatte zur Flammensteuerung 8 durchgeführt wird, so daß die Flammen stabilisiert werden können.

Die Einspritzöffnung 3C der Düse 3 liegt einem zentralen Öff nungsbereich 8C der Ablenkplatte zur Flammensteuerung 8 des inneren Zylinders gegenüber.

Diese Ablenkplatte zur Flammensteuerung 8 des inneren Zylin ders wird von der Treibstoffeinspritzdüse 3 durch einen Steg gehalten.

Eine Verwirbelungsvorrichtung 10, die die dem äußeren Zylin der 2b zugeführte Sekundärluft verwirbelt, ist innerhalb des vorderen endständigen Bereichs des äußeren Zylinders 2b ange ordnet.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Verwirbelungsvorrichtung 10 auf folgende Weise aufgebaut:

Eine große Zahl von annähernd spiralförmig gebogenen Leitble chen 10a ist auf der äußeren Umfangsfläche des vorderen end ständigen Bereichs des inneren Zylinders 2a in Umfangsrich tung angeordnet. In diesem Fall sind die spiralförmig geboge nen Leitbleche 10A an der äußeren Umfangsfläche durch Schweißung befestigt und die Sekundärluft wird aus einer vor deren endständigen Einspritzöffnung 10B eingespritzt, die zwischen den benachbarten Leitblechen 10A ausgebildet ist.

Eine Ableitplatte 11 zur Steuerung der ringförmigen Platte des äußeren Zylinders ist an einem Öffnungsbereich am Vorde rende eines zylindrischen Hohlraums zwischen dem äußeren und inneren Zylinder 2b und 2a so angeordnet, daß die Anlenk platte 11 zur Steuerung der ringförmigen Flamme einen inneren Umfangsbereich der Öffnungsfläche der vorderen endständigen Öffnungsfläche ringförmig bedeckt.

Diese Ablenkplatte zur Flammensteuerung 11 des äußeren Zylin ders ist, wie nachstehend ersichtlich, auf gleiche Weise wie die Ablenkplatte zur Flammensteuerung 8 des inneren Zylinders aufgebaut:

Auf einem ringförmigen Plattenteil ist eine große Zahl von Einschnitten mit vorbestimmter Länge so ausgebildet, daß sich die Einschnitte von auf dem Umfang des ringförmigen Platten teils in regelmäßigen Abständen befindlichen Stellen bis zum Zentrum des ringförmigen Plattenteils erstrecken. Dann werden zwischen den Einschnitten befindliche Bereiche des ringförmi gen Plattenteils diagonal hochgebogen, um eine große Zahl von Leitblechen zu bilden. In diesem Fall sind Zwischenräume zwi schen den benachbarten Leitblechen vorgesehen.

Die Mischung wird im Falle dieser Ablenkplatte zur Flammen steuerung 11 durch die zwischen den benachbarten Leitblechen gebildeten Zwischenräume ausgeblasen. Danach wird die Mi schung durch die Zwischenräume zurückgeführt. Das bedeutet, daß eine Mischungsrückführung durch die Ablenkplatte zur Flammensteuerung 11 durchgeführt wird, so daß die Flammen stabilisiert werden können.

Die Ablenkplatte zur Flammensteuerung 11 des äußeren Zylin ders ist am vorderen endständigen Bereich des inneren Zylin ders 2a durch Schweißung befestigt.

Anschließend wird die Betriebsweise des in der vorstehend be schriebenen Weise aufgebauten Brenners 1 erklärt.

Von der Gebläsevorrichtung 4 erzeugte Gebläseluft wird zu dem kastenförmigen Fensterbereich 7 geleitet, um als Verbren nungsluft verwendet zu werden.

Ein Strom der Verbrennungsluft, die zu dem kastenförmigen Fensterbereich 7 geleitet wurde, wird auf den inneren und äußeren Zylinder 2a und 2b durch die variable Schiebevorrich tung aufgeteilt. In diesem Fall wird ein Anteil der Verbren nungsluft auf den inneren Zylinder 2a aufgeteilt, d. h. ein Anteil der Primärluft wird zu 5 bis 20% der Gesamtmenge der Verbrauchsluft bestimmt. Andererseits wird flüssiger Treib stoff unter Druck dem Düsenverbindungsstück 3a der Treibstof feinspritzdüse 3 zugeführt und von der Einspritzöffnung 3c am vorderen Ende des Düsenteils 3b atomisiert. Der atomisierte flüssige Treibstoff wird mit der dem inneren Zylinder 2a zu geführten Primärluft vermischt. Dann wird die Mischung von der Zündkerze 6 gezündet. Auf diese Weise wird die Verbren nung in Gang gesetzt. Durch die Wirkung der Ablenkplatte zur Flammensteuerung 8; die auf der Seite des inneren Zylinders 2a vorgesehen ist, wird der von der Einspritzöffnung 3c am vorderen Ende atomisierte flüssige Treibstoff gleichmäßig mit der Primärluft vermischt, so daß stabile Flammen gebildet werden können. In diesem Fall wird ein Anteil der dem inneren Zylinder 2a zugeführten Primärluft extrem verringert. Daher wird die Verbrennung bei treibstoffreichen Arbeitsbedingungen durchgeführt. Dementsprechend werden die Flammen wie vorste hend beschrieben, bei treibstoffreicher Verbrennung stabili siert. Ein Teil des Treibstoffs, der nicht in dem inneren Zy linder 2a verbrannt wurde, wird mit der aus dem äußeren Zy linder 2b zugeführten Sekundärluft vermischt, der eine starke Verwirbelung von der Verwirbelungsvorrichtung 10 mitgegeben wird, deren Einspritzwinkel nicht kleiner als 35° ist. In diesem Fall wird der Einspritzwinkel als Winkel defi niert, mit dem die Sekundärluft durch die zwischen den be nachbarten Leitblechen 10A der Verwirbelungsvorrichtung 10 ausgebildeten vorderen endständigen Einspritzöffnung 10B ein gespritzt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden durch die starke Verwirbelung der Sekundärluft der un verbrannte Treibstoff und die Sekundärluft gleichmäßig ver mischt und die Verweilzeit dieser Mischung verkürzt. Daher kann bei treibstoffarmen Arbeitsbedingungen eine nicht leuchtende Flamme gebildet werden, deren Länge klein ist. Diese nicht leuchtende Flamme wird so gebildet, daß sie durch die Wirkung einer Ableitplatte zur Flammensteuerung 11 stabi lisiert wird, die auf der Außenseite des äußeren Zylinders 2b vorgesehen ist und eine bei treibstoffreicher Verbrennung im inneren Zylinder 2a erzeugte Flamme umgibt.

Folglich wird die Verbrennung langsam durchgeführt mit der Maßgabe, daß die Flammentemperatur und die Konzentration an überschüssigem Sauerstoff insgesamt gering sind. Dementspre chend kann die Menge an erzeugtem thermischen NO_x-Gas verrin gert werden und das Umwandlungsverhältnis von Stickstoff zu dem NO_x des Treibstoffs kann verringert werden.

Da der unverbrannte Treibstoff und die Sekundärluft gleich mäßig vermischt werden und die Verweilzeit ferner kurz ist, wird die Flammenlänge verkürzt. Dementsprechend wird dieser Brenner vorteilhafterweise für kleine Verbrennungsanlagen mit einer kleinen Verbrennungskammer verwendet.

Im Fall des auf vorstehend beschriebene Weise aufgebauten Brenners 1 wurden durch Untersuchungen folgende Feststellun gen getroffen.

Wenn ein Anteil der Primärluft 20% der Luftgesamtmenge über schreitet, erhöhen sich die Flammentemperatur und die Sauer stoffkonzentration in einem treibstoffreichen Verbrennungsbe reich. Dementsprechend wird die Menge an erzeugten NO_x-Gas rasch erhöht (siehe Fig. 7).

Wenn ein Anteil der Primärluft geringer als 5% der Gesamt luftmenge beträgt, wird die Menge an erzeugten Rußpartikeln erhöht (siehe Fig. 8).

Anderseits wird die Flammentemperatur in einem treibstoffar men Verbrennungsbereich ebenfalls erhöht. Daher wird die Menge an erzeugtem NO_x-Gas erhöht. Im Falle eines Ein spritzwinkels der Verwirbelungsvorrichtung von weniger als 30° wird der Sekundärluft keine ausreichende Verwirbelung mitgegeben, so daß der unverbrannte Treibstoff im inneren Zy linder 2a und die vom äußeren Zylinder 2b zugeführte Sekun därluft nicht ausreichend vermischt werden und instabile, lange Flammen ausgebildet werden und ein Bereich mit hoher Temperatur lokal erzeugt wird und ferner unvollständige Ver brennung verursacht wird. Als Ergebnis sind die Mengen an NO_x, CO und Rußpartikeln erhöht.

Selbst bei einem Einspritzwinkel der Verwirbelungsvorrichtung 10 von größer als 60° wird in der Nähe des Brenners 1 ein starker Wirbel erzeugt. Daher werden der im inneren Zylinder 2a unverbrannte Treibstoff und die vom äußeren Zylinder 2b zugeführte Sekundärluft nicht ausreichend vermischt. Folglich ist die Menge an erzeugtem NO_x-Gas erhöht.

Wenn der gesamte Luftanteil kleiner als 1,1 wird, werden Großpartikel erzeugt (siehe Fig. 8) und es tritt eine voll ständige Verbrennung auf. Folglich ist die Menge an erzeugtem CO erhöht (siehe Fig. 8).

Andererseits wird die Verbrennung bei einem Luftanteil von über 2,0 instabil, so daß der Wirkungsgrad einer Verbren nungsanlage verringert wird.

Wenn die Ablenkplatten zur Flammensteuerung 8 und 11 des in neren und äußeren Zylinders 2a und 2b nicht vorgesehen sind, werden ferner die Flammen instabil. Insbesondere werden die Flammen vom äußeren Zylinder weggeblasen. Folglich wurde ge funden, daß bei den folgenden Bedingungen die Flammen stabil gehalten werden und die Menge an NO_x-Gas wirksam verringert werden kann: Die Menge an Primärluft beträgt 5 bis 20% der gesamten Luftmenge und vorzugsweise 8 bis 15%, der gesamte Luftanteil beträgt 1,1 bis 2,0 und vorzugsweise 1,1 bis 1,3.

Auch wurde das Folgende gefunden:
Mit der Maßgabe, daß der Einspritzwinkel der Verwirbelungs vorrichtung 10 nicht kleiner als 30° und nicht mehr als 40° ist, werden der im inneren Zylinder 2a unverbrannte Treib stoff und die vom äußeren Zylinder 2b zugeführte Sekundärluft gleichmäßig gemischt und stabile kurze Flammen werden gebil det, so daß kein Bereich mit hoher Temperatur lokal gebildet wird und ferner unvollständige Verbrennung nicht verursacht wird. Folglich kann die Menge an erzeugtem NO_x-Gas, CO-Gas und Rußpartikeln verringert werden.

Ferner wurde folgendes gefunden:
Wenn die Ablenkplatten zur Flammensteuerung 8 und 11 zwi schen dem inneren und äußeren Zylinder 2a und 2b vorgesehen sind, können die Flammen stabilisiert werden und insbesondere kann wirksam verhindert werden, daß die Flammen vom äußeren Zylinder 2b weggeblasen werden.

In diesem Zusammenhang ist Fig. 6 ein Graf, der die Konzen tration von NO_x-Gas (O₂-Gas: 0 Prozent Umsatz) in dem Fall zeigt, in dem A-Schweröl (mit einem Stickstoffgehalt von 200 ppm) in einem Heizkessel vom Typ mit vertikalem Heißwas serrohr bei eine Luftverhältnis von 1,1 bis 1,3 verbrannt wurde. In diesem Fall wurde die Menge an Primärluft auf 9% und 14% eingestellt. In beiden Fällen betrug die Menge an NO_x-Gas nicht mehr als der Bezugswert (beispielsweise Konzen tration des NO_x-Gases 80 (O₂: 0 Prozent Umwandlung)). Es wurde gefunden, daß die NO_x-Konzentration in dem Fall verrin gert wurde, in dem die Menge an Primärluft 9% betrug, verg lichen mit dem Fall, in dem die Menge an Primärluft 14% be trug.

Claims

1. Brenner zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff, der aufweist: einen Hauptbrennkörper mit einem doppelten zylindrisches Bereich, der aus inneren und äußeren Zy lindern besteht; einer Einspritzdüse für flüssigen Treibstoff, die in dem inneren Zylinder des Hauptbrenn körpers angeordnet ist, wobei eine vordere endständige Düsenöffnung der Einspritzdüse durch einen vorderen endständigen Öffnungsbereich des inneren Zylinders nach außen zeigt; und eine Luftgebläsevorrichtung zur Zufüh rung von Verbrennungsluft, wobei die von der Luftgeblä sevorrichtung zugführte Verbrennungsluft mittels einer Stromteilungsvorrichtung in eine Primärluft, die in den inneren Zylinder strömt und die Sekundärluft, die in den äußeren Zylinder strömt, unterteilt wird, und das den flüssigen Treibstoff enthaltende Mischgas durch die Einspritzdüse für den flüssigen Treibstoff eingespritzt wird und die Verbrennungsluft von einer Zündvorrichtung gezündet wird, wobei der Brenner zur Verbrennung von flüssigem Treibstoff ferner aufweist: eine Ablenkplatte zur Steuerung einer ringförmigen Flamme für den inneren Zylinder, die an einem vorderen Bereich der Düsenöff nung des vorderen endständigen Öffnungsbereichs des in neren Zylinders angeordnet ist, wobei die Ablenkplatte zur Steuerung der ringförmigen Flamme einen Außenbe reich der Fläche des Öffnungsbereiches bedeckt; eine Verwirbelungsvorrichtung, die innerhalb eines Vorderen des des äußeren Zylinders angeordnet ist, wobei die Verwirbelungsvorrichtung eine große Zahl von annähernd spiralförmig gebogenen Leitblechen besitzt, um einen Wirbelstrom in der Sekundärluft zu erzeugen und die Leitbleche in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend ange ordnet sind; und eine Ablenkplatte zur Steuerung einer ringförmigen Flamme für den äußeren Zylinder, die an einem vorderen endständigen Öffnungsbereich eines zy lindrischen, zwischen dem äußeren und inneren Zylinder ausgebildeten Hohlraums angeordnet ist, wobei die Ab lenkplatte zur Steuerung der ringförmigen Flamme einen inneren Umfangsbereich des vorderen endständigen Öff nungsbereichs ringförmig bedeckt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis der Primärluft zur Menge der ge samten Luft 5 bis 20% und vorzugsweise 8 bis 15% be trägt.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Luftanteil auf 1,1 bis 2,0 und vorzugsweise auf 1,1 bis 1,3 eingestellt wird.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzwinkel der Sekundärluft, die durch einen zwischen den benachbarten Leitblechen der Verwirbe lungsvorrichtung gebildeten vorderen endständigen Ein spritzeinlaß eingespritzt wird, in einem Bereich von nicht weniger als 30° bis nicht mehr als 60° einge stellt wird.