DK142822B

DK142822B - Liquid fuel burner.

Info

Publication number: DK142822B
Application number: DK318868AA
Authority: DK
Inventors: William Lyall Buchanan; Harry Franklin Straight Jr
Original assignee: Exxon Research Engineering Co
Priority date: 1967-08-29
Filing date: 1968-06-28
Publication date: 1981-02-02
Also published as: SE386502B; GB1234455A; DK142822C; DE1751648C2; DE1751648A1; US3476494A; NL166114B; NO121231B; FR1584392A; NL166114C; NL6812292A

Description

(sife I gp£7 \Ra (11) FREMLÆ66ELSESSKRIFT 142822 DANMARK «'> ln. CI.J F 23 O 11/04 §(21) Ansøgning nr. J1 88/68 (22) Indleveret den 28. jun. 19 68 (24) Løbedag 28. jun. 1968 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsasskriftet offentliggjort den 2. f eb. 1 98l DIREKTORATET FOR , . . , .(sife I gp £ 7 \ Ra (11) PUBLICATION MANUAL 142822 DENMARK «'> ln. CI.JF 23 O 11/04 § (21) Application No. J1 88/68 (22) Filed on 28 Jun 19 68 ( (24) Running day 28 June 1968 (44) The application submitted and the notice of publication published on 2 February 1 981 DIRECTORATE OF,.,.

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET w Pnontet begasret frs denTHE PATENT AND TRADE MARKET w The pontoon is gassed before it

29. aug. 1967, 664170, USAug 29 1967, 664170, US

(71) ESSO RESEARCH AND ENGINEERING COMPANY, Elizabeth, New Jersey, US.(71) ESSO RESEARCH AND ENGINEERING COMPANY, Elizabeth, New Jersey, US.

(72) Opfinder: William Lyall Buchanan, 2 North shore Terrace, Lake Mohawk,(72) Inventor: William Lyall Buchanan, 2 North shore Terrace, Lake Mohawk,

Sparta, New Jersey, US: 'Harry Franklin Straight Jr., 3 William Street, Succasunna, New Jersey, US. "" (74) Fuldmagtig under sagens behandling:Sparta, New Jersey, US: 'Harry Franklin Straight Jr., 3 William Street, Succasunna, New Jersey, US. "" (74) Plenipotentiary:

Ingeniørf irmaet Lehmann & Ree.Engineer Lehmann & Ree.

(64) Brænder til flydende brændsel.(64) Liquid fuel burner.

Den foreliggende opfindelse angår en brænder til flydende brændsel af den i krav l's indledning angivne art, som frembringer forbrænding med blå flamme eller uden flamme med et minimum af overskudsluft. Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en brænder med et lufttilførselssystem, som giver optimale forbrændingsresultater med en høj stabilitet og et minimum af støj, og ifølge opfindelsen opnås dette ved at udforme brænderen som angivet i krav l's kendetegnende del. Når den ved hjælp af de tangentiale dyser i den cylindriske kanal skabte indvendige lufthvirvelstrøm koncentrisk omkring brændselsdysen bevæger sig ind i forbrændingskammeret, bliver dens udvidelse ind i dette med den større diameter reguleret som følge af tilstedeværelsen af den koniske runding ved forbrændingskammerets indgangsende. Den cylindriske kanal med ensartet diameter svarende til indgangsendens diameter bevir- 142822 2 ker, at der fås en maksimal hvirvelvirkning uden nogen efterfølgende drosling og derfor med et minimalt tryktab. Den nævnte runding forøger forbrændingens stabilitet betydeligt og former brændsel-luftstrålerne og forlænger den hvirvlende bevægelse af luften, som træder ind i forbrændingskammeret. Rundingen forhindrer endvidere, at den hvirvlende luftstrøm udvider sig i en for stor vinkel, hvilket ville resultere i dårlig brændsel-luftblanding. Rundingen sætter således en øverste grænse for spredevinklen, som den hvirvlende luft kan antage, og dette indebærer alt i alt, at luften hvirvles og blandes med brændslet, således at optimal forbrænding opnås.The present invention relates to a liquid fuel burner of the kind specified in the preamble of claim 1 which produces combustion with blue flame or without flame with a minimum of excess air. The object of the invention is to provide a burner with an air supply system which provides optimum combustion results with a high stability and a minimum of noise, and according to the invention this is achieved by designing the burner as claimed in the characterizing part of claim 1. As the internal air vortex flow created by means of the tangential nozzles in the cylindrical duct moves concentrically around the fuel nozzle, its expansion into it with the larger diameter is controlled as a result of the presence of the conical rounding at the entrance end of the combustion chamber. The cylindrical duct of uniform diameter corresponding to the diameter of the input end causes a maximum swirling effect without any subsequent throttling and therefore with a minimum loss of pressure. Said rounding significantly increases the combustion stability and shapes the fuel-air jets and prolongs the swirling motion of the air entering the combustion chamber. Furthermore, the rounding prevents the swirling air flow from expanding at too large an angle, which would result in poor fuel-air mixing. Thus, the rounding sets an upper limit to the angle of dispersion that the swirling air can assume, and this means, in all, that the air is swirled and mixed with the fuel so that optimum combustion is achieved.

Lufttilførselsdyserne kan ifølge opfindelsen være udformet som angivet i krav 2, hvorved der fås en relativt høj tangential hastighed af luften. For at opnå et særligt lavt tryktab og dermed et lavt effektbehov af tilgangsluften kan lufttilførselsdyserne være udformet som angivet i krav 3.The air supply nozzles according to the invention may be designed as claimed in claim 2, whereby a relatively high tangential velocity of the air is obtained. In order to achieve a particularly low pressure loss and thus a low power demand of the supply air, the air supply nozzles can be designed as claimed in claim 3.

En udføreisesform for brænderen ifølge opfindelsen, som har vist sig særlig fordelagtig for forbrændingens stabilitet, er ejendommelig ved det i krav k angivne.An embodiment of the burner according to the invention, which has proved particularly advantageous for the stability of the combustion, is characterized in that according to claim k.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en udførelsesform for en brænder ifølge opfindelsen delvis i snit efter linien 1-1 i fig. 2, fig. 2 samme set fra enden og delvis i snit efter linien 2-2 i fig. 1, fig. 3 samme set i snit efter linien 3-3 i fig. 1, fig. 4 lufttilførselskammeret set fra enden efter linien 4-4 i fig. 3, fig. 5 en udførelsesform for en lufttilgangskanal ifølge opfindelsen vist i perspektiv, fig. 6 et billede svarende til fig. 1 af en modificeret udførelsesform for brænderen ifølge opfindelsen og fig. 7 et billede i perspektiv svarende til fig. 5 og visende en anden form for lufttilgangskanalen.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, in which fig. 1 shows an embodiment of a burner according to the invention partially in section along the line 1-1 in FIG. 2, FIG. 2 shows the same from the end and partly in section along the line 2-2 in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1, FIG. 4 shows the air supply chamber from the end along line 4-4 of FIG. 3, FIG. 5 is a perspective view of an embodiment of an air inlet duct according to the invention; FIG. 6 is a view similar to FIG. 1 of a modified embodiment of the burner according to the invention; and FIG. 7 is a perspective view similar to FIG. 5 and showing another form of the air inlet duct.

På tegningen er en med lo betegnet brænder monteret i en typisk fyrvæg 12 ved hjælp af en ringformet flange 2o. Et tyndt lag af asbestpakning 22 er anvendt til at tætne spalten mellem hullet i fyrvæggen og ydersiden af brænderen lo. Fyret, hvoraf væggen 12 kun danner en del, forudsættes at have et ildrum 14. Brænderen lo har en forbrændingskammerdel 16, der er omgivet af en ydre metalkappe 18.In the drawing, a burner designated as a burner is mounted in a typical firewall 12 by means of an annular flange 20. A thin layer of asbestos gasket 22 is used to seal the gap between the hole in the firewall and the outside of the burner 1o. The lighthouse, of which the wall 12 forms only a part, is assumed to have a fire chamber 14. The burner lO has a combustion chamber part 16 which is surrounded by an outer metal sheath 18.

Det indvendige af forbrændingskammeret dannet af den ydre kappe 18 indeholder flere lag af ildfast varmeisolerende materiale. Det inder- 3 142822 ste ildfaste lag 24 omfatter en ringformet runding eller konisk bunddel 26, der omgiver luft- og brændselsadgangsåbningen 27 ved enden af forbrændingskammeret 16.The interior of the combustion chamber formed by the outer jacket 18 contains several layers of refractory heat insulating material. The inner refractory layer 24 comprises an annular rounding or tapered bottom portion 26 surrounding the air and fuel access opening 27 at the end of the combustion chamber 16.

Luft- og brændselstilgangsenden 3o i brænderen lo består af en endeplade 32, der ved hjælp af kendte organer er fastgjort til en flange 34 på den ydre kappe 18. Et lufthvirveldysekaromer eller -kanal 38 er fastgjort til den indvendige overflade af endepladen 32 ved en svejsning 42. Lufthvirvelkanalen 38 strækker sig fra pladen 32 tværs over og igennem et lufttilgangsovertrykskammer 36 ind i adgangsåbningen 27 i forbrændingskammeret og ender i nærheden af den koniske runding 26. Den åbne ende af den indre hvirvelkanal 38 understøttes i forbrændingskammerets åbning 27 ved hjælp af en passende pakningsring 28, der kan bestå af asbest eller et andet lignende materiale.The air and fuel access end 30 of burner 1o consists of an end plate 32 which is secured by means of known means to a flange 34 of the outer sheath 18. An air vortex nozzle chrome or channel 38 is attached to the inner surface of the end plate 32 by a weld. 42. The air vortex duct 38 extends from plate 32 across and through an air inlet overflow chamber 36 into the access opening 27 of the combustion chamber and ends near the conical rounding 26. The open end of the inner vortex duct 38 is supported in the combustion chamber opening 27 by a suitable packing ring 28 which may consist of asbestos or other similar material.

De konstruktive trask ved lufthvirveldysekanalen 38 er vist mere detaljeret i figurerne 2,4 og 5. Kanalen 38 har et antal tangen-tiale tilgangsdyser 4o, som modtager luft under tryk fra en egnet blæser (ikke vist), som står i forbindelse med en lufttilgangsflange 41. Forbrændingsluften, som strømmer gennem dyserne 4o, får en hvirlende bevægelse omkring de indvendige vægge af kanalen 38 og udvider sig derefter i tilgangsenden af forbrændingskammeret. Det indre af kanalen 38 indeholder et brændselsdysebærerør 44 med et antal indstillingsskruer 46 fordelt rundt omkring det og udenfor endepladen 32. Disse skruer 46 er anbragt således, at en brændselsstråledyse, vist ved 48, let kan indstilles aksialt for at anbringe planet for afgangsåbningerne i forhold til strålespredevinklen i en optimal stilling i forhold til vinklen og beliggenheden af rundingen 26 for at opnå den mest effektive forbrænding. Den indvendige ende af brænderrøret 44 understøttes af en konisk luftkammerkegle 5o, som har et antal huller 52. Keglen 5o understøtter den indvendige ende af røret 44 og forhindrer samtidigt de varme forbrændingsprodukter i at recirkulere udbred delse af flammen i forbrændingskammeret bagud forbi keglen for effektivt at beskytte den bageste del af brænderen. På den udvendige væg af forbrændingskammeret 16 er anbragt et skuehul 54, hvorigennem forbrændingskammeret kan iagttages. Et lignende inspektionsorgan er anbragt i bagpladen 32 for at muliggøre betragtning af flammen i aksial retning. Iagttagelse gennem skuehullet 54 på bagpladen 32 af flammen sker gennem hullerne 52 i keglen 5o, idet hullerne har en tilstrækkelig diameter til at tillade en sådan iagttagelse.The constructive troughs of the air vortex nozzle 38 are shown in more detail in Figures 2.4 and 5. The duct 38 has a plurality of tangential inlet nozzles 40 which receive pressurized air from a suitable fan (not shown) which communicates with an air inlet flange. 41. The combustion air flowing through the nozzles 40 causes a whirling motion around the interior walls of the duct 38 and then expands at the inlet end of the combustion chamber. The interior of the channel 38 includes a fuel nozzle carrier tube 44 with a plurality of adjusting screws 46 distributed around it and outside the end plate 32. These screws 46 are arranged so that a fuel jet nozzle, shown at 48, can be readily adjusted axially to position the plane of the outlet openings in proportion. to the beam scattering angle in an optimal position relative to the angle and location of the rounding 26 to obtain the most efficient combustion. The inner end of the burner tube 44 is supported by a conical air chamber cone 5o which has a plurality of holes 52. The cone 5o supports the inner end of the tube 44 while simultaneously preventing the hot combustion products from recirculating the propagation of the flame in the combustion chamber backwards past the cone. protect the rear of the burner. On the outer wall of the combustion chamber 16 is provided a sight hole 54 through which the combustion chamber can be observed. A similar inspection means is provided in the backplate 32 to enable the flame to be viewed in the axial direction. Observation through the viewing hole 54 on the backplate 32 of the flame occurs through the holes 52 in the cone 5o, the holes having a sufficient diameter to allow such observation.

Hver af de tangentiale tilgangsdyser 4o har et par op til hinanden stødende på hinanden vinkelrette sidevægge 56 samt et par 4 142822 konvergerende sidevægge 58, der også støder op til hinanden. På denne måde fås et minimalt tryktab gennem tilgangsdyserne 4o, og i kombination med den i det væsentlige konstante og ensartede diameter af kanalen 38 er der tilvejebragt en brænder, som har yderst små effektbehov af tilgangsluften samt en høj forbrændingsvirkningsgrad på grund af den optimerede stilling af brændselsstrålen i forhold til den ekspanderende hvirvel af forbrændingsluft. Det skal navnlig bemærkes, at vinklen af brændslets strålekegle, som udsendes fra enden af brændselsrøret 48, er i det væsentlige den samme som den af den vinkelformede runding 26 indesluttede vinkel. Disse vinkler for brændselsstrålen og keglen holdes fortrinsvis indenfor området 9o° til loo°.Each of the tangential access nozzles 40 has a pair of adjacent side walls 56 perpendicular to each other and a pair of converging side walls 58 which are also adjacent to each other. In this way, a minimal pressure loss is obtained through the inlet nozzles 40, and in combination with the substantially constant and uniform diameter of the duct 38, there is provided a burner which has extremely low power demand of the supply air as well as a high combustion efficiency due to the optimized position of the the jet of fuel relative to the expanding vortex of combustion air. In particular, it should be noted that the angle of the fuel cone emitted from the end of the fuel tube 48 is substantially the same as the angle enclosed by the angular rounding 26. These angles of the fuel jet and cone are preferably kept within the range of 9 ° to 10 °.

Anbringelsen af den koniske bund under denne vinkel forøger betydeligt forbrændingens stabilitet og former brændsel-luftstrålerne og forlænger den hvirvlende bevægelse af luften, som træder ind i forbrændingskammeret. Endvidere forhindrer keglerundingen 26 en overdrevent hvirvlende luftstrøm, som kan træde ud af luftkammeret, i at udvide sig i en for stor vinkel, hvilket ville resultere i dårlig brændsel-luftblanding . Tilstedeværelsen af rundingen 26 frembyder med andre ord en øverste grænse for spredevinklen, som den hvirvlende luft, der træder ud af kanalen 38, kan antage. Dette træk i forbindelse med den konstante diameter og lille diameter af lufttilgangskanalen 38 giver en ny og forbedret brænder med betydeligt forbedrede forbrændingsegenskaber .The placement of the conical bottom at this angle significantly increases the stability of the combustion and shapes the fuel-air jets and prolongs the swirling movement of the air entering the combustion chamber. Furthermore, the cone round 26 prevents excessive swirling air flow which may exit the air chamber from expanding at too large an angle, which would result in poor fuel-air mixing. In other words, the presence of the round 26 presents an upper limit of the spreading angle, which the swirling air exiting the duct 38 can assume. This feature in connection with the constant diameter and small diameter of the air inlet duct 38 provides a new and improved burner with significantly improved combustion properties.

I fig. 6 og 7 er vist en modificeret brænderform. Dele med samme funktioner som tidligere er forsynet med samme betegnelser og skal ikke beskrives igen. Det vil imidlertid ses, at brænderen i fig.In FIG. 6 and 7 are shown a modified burner form. Parts with the same functions as before are bearing the same designations and should not be described again. However, it will be seen that the burner of FIG.

6 og 7 har et ændret lufthvirvelkammer 6o med et antal ikke konvergerende tangentiale dyser 62. Tværsnitsarealet af dysen 62 forbliver ensartet. Medens der kan optræde et lidt højere tryktab end ved det konvergerende tværsnit i fig. 4 og 5 i den først beskrevne udførelsesform, fås der med denne ændrede dyseudformning på denne måde en højere tangential hastighed. Forbrændingskammeret 16 i brænderen i fig. 6 har en indskrænket afgangsåbning 68 begrænset af en voksende og konvergerende tykkelse af yderligere ildfast materiale vist ved 64. På denne måde opnås højere afgangshastigheder af forbrændingsprodukterne end ved den ikke droslede afgangsåbning i forbrændingskammeret 16 i fig. 1. Fortrinsvis er diametren af afgangsåbningen 68 mindre end halvdelen af den aksiale længde af den konvergerende sidevægdel af forbrændingskammeret 16, hvilken sidstnævnte del udgør brænderens stråledannende sektion. Dette forhold mellem diameter og længde vil sikre, at en vel- 5 142822 afgrænset stabil stråle af forbrændingsprodukter rettes ind i det tilstødende fyrvarmeoverføringskammer 14.6 and 7 have an altered air vortex chamber 6o with a plurality of non-converging tangential nozzles 62. The cross-sectional area of the nozzle 62 remains uniform. While a slightly higher pressure drop may occur than in the converging cross section of FIG. 4 and 5 in the first described embodiment, with this changed nozzle design, a higher tangential velocity is obtained in this way. The combustion chamber 16 of the burner of FIG. 6, a reduced outlet opening 68 is limited by a growing and converging thickness of additional refractory material shown at 64. In this way, higher discharge rates of the combustion products are obtained than at the non-throttled outlet opening of the combustion chamber 16 of FIG. 1. Preferably, the diameter of the outlet aperture 68 is less than half the axial length of the converging side wall portion of the combustion chamber 16, the latter portion constituting the beam forming section of the burner. This diameter-to-length ratio will ensure that a well-defined stable beam of combustion products is directed into the adjacent fire heat transfer chamber 14.