EP0268432B1 - Zerstäubungsdüse - Google Patents

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EP0268432B1
EP0268432B1 EP87310020A EP87310020A EP0268432B1 EP 0268432 B1 EP0268432 B1 EP 0268432B1 EP 87310020 A EP87310020 A EP 87310020A EP 87310020 A EP87310020 A EP 87310020A EP 0268432 B1 EP0268432 B1 EP 0268432B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylindrical sleeve
deflector core
deflector
mixing zone
atomizing
Prior art date
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Application number
EP87310020A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0268432A2 (de
EP0268432A3 (en
Inventor
Adam J. Bennett
Charles E. Capes
John D. Hazlett
Kevin A. Jonasson
William L. Thayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Research Council of Canada
Original Assignee
National Research Council of Canada
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Filing date
Publication date
Application filed by National Research Council of Canada filed Critical National Research Council of Canada
Publication of EP0268432A2 publication Critical patent/EP0268432A2/de
Publication of EP0268432A3 publication Critical patent/EP0268432A3/en
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Publication of EP0268432B1 publication Critical patent/EP0268432B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/005—Burners for combustion of pulverulent fuel burning a mixture of pulverulent fuel delivered as a slurry, i.e. comprising a carrying liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/46—Homogenising or emulsifying nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2211/00—Thermal dilatation prevention or compensation

Definitions

  • This invention relates to an atomizing nozzle assembly.
  • the core is mounted in a flared socket of a deflector core holder and inner and outer sleeves feed, say, atomizing air to the deflector core surface and, say, a coal liquid mixture fuel inwardly around the nozzle rim so that the fuel is held by the air as a film against the nozzle rim inner surface and then atomized as it emerges from the nozzle rim.
  • an atomizing nozzle assembly comprising:
  • the adjustment means is capable of adjusting the width of the mixing zone to an L to W range ratio which is within the range of about. 5:1 to about 10:1, preferably 7:1 to 8:1, where L is the length of the mixing zone in the direction of flow therethrough and W is the width of the mixing zone.
  • the face forming the chamfered extremity of the deflector core, and a downstream side face of the nozzle rim are symmetrically inclined, at any circumferential position, with respect to a centerline extending along the mixing zone at that circumferential position, at an included angle ( ⁇ °) in the ratio with respect to the angle ( ⁇ °), at which the atomizing fluid is directed towards the outwardly diverging surface of the deflector core of about 130° : 50° to about 100° : 80°.
  • the adjustment means may comprise a shaft for rotating the deflector core and extending rearwardly therefrom along the inner cylindrical sleeve, a gland slidably mounting a rear end portion of the shaft, which extends therethrough, in the inner cylindrical sleeve, means for rotating the rear end of the shaft.
  • a heat exchange may be provided around the outer cylindrical sleeve and mounted therearound at a front end by the said mounting means, and a differential thermal expansion accommodating gland slidably mounting a rear end portion of the heat exchange casing on the outer cylindrical sleeve.
  • an atomizing nozzle assembly comprising:
  • the deflector core 1 has a bore 76 in which a spigot 78 of the cap 32 is located, and the head of the bolt 34 is countersunk in the cap 32 to be flush therewith.
  • the nozzle rim 8 is located in a retaining ring 80 which is welded in a locating sleeve 82.
  • the locating sleeve 82 whose inner surface 84 forms a part of the boundary of the liquid passage 56, is secured in the stepped, annular recessed portion 52 by the threaded collar 58.
  • the deflector core holder 20 has a recess 86 in which the shaft 64 is secured by means of a pin 88.
  • the collar 50 of the inner sleeve 36 is located in a recess 90 in the outer sleeve 48 and has annular rings 92 and 94 locating the tubes 68 and 72 respectively which are welded in position.
  • the outer sleeve 48 has a step 96 locating an outer, cylindrical casing 98 which is welded to the outer sleeve 48.
  • the casing 98 supports and seals the upstream rear end portion of the tube 72 in a relatively slidable manner by means of a packing gland 100, and forms a heat exchange casing with a heat exchange fluid inlet 102 and outlet 104.
  • the heat exchange fluid may be coolant water, for cooling the nozzle assembly, or steam for heating the liquid-to-be-atomized (e.g. a coal slurry fuel) for lowering its viscosity, and the packing gland 100 accommodates differential thermal expansion between the tube 72 and the casing 98.
  • the tube 72 is sealed around a rear end portion of the tube 68 in a relatively slidable manner by the differential thermal expansion accommodating gland 106, which is a packing gland, and has an inlet 108 for liquid-to-be-atomized.
  • the differential thermal expansion accommodating gland 106 which is a packing gland, and has an inlet 108 for liquid-to-be-atomized.
  • the tube 68 is sealed in a slidable manner around a rear end portion of the shaft 64 by a gland 110 and has an atomizing fluid inlet 112.
  • FIG. 1 and 2 The apparatus shown in Figures 1 and 2 was primarily designed for use in tests as a liquid mixture fuel atomizer and will be described, in operation, atomizing a de-ashed, pulverized coal liquid mixture fuel using the atomizing air of a conventional oil burner assembly (not shown) where secondary, combustion air is swirled around the atomized fuel.
  • atomizing air is fed along the bore of the tube 64, through the ports, such as port 70, to the fluid passage 46 from which it is directed as a jet in an unobstructed manner through the mixing zone 16 along the surface 6 of the deflector core 1.
  • the pulverized coal liquid mixture fuel is fed along the bore of the tube 72 through the ports, such as port 74, to the liquid passage 56 from which it is directed along the mixing zone 16.
  • the jet of air from the fluid passage 46, flowing along the surface 6 of the deflector core 1 causes the pulverized coal liquid mixture to initially be held as a hollow cone-shaped film against the flared inner surface 14 of the nozzle rim 8 so that there is negligible contact between the fuel and the deflector core.
  • the cone-shaped film of fuel travels along the mixing zone 16 it is thoroughly mixed with the air and emerges from the mixing zone 16 as an atomized jet.
  • the width W ( Figure 2) of the mixing zone 16 can be adjusted while the nozzle assembly is in use by means of the barrel 66 and the screw threaded engagement between the deflector core holder 20 and the inner cylindrical sleeve 36.
  • the nozzle rim 8 had a minimum inside diameter of 2.25 inches (57.15 mm) and a maximum inside diameter in the downstream direction of 2.539 inches (64.49 mm).
  • the deflector core 1 had a maximum diameter of 2.460 inches (62.48 mm) at the outlet of the mixing zone 16.
  • the mixing zone 16 had a nominal width (W) of .035 inches and the length/width (L/W, Figure 2) ratio was varied between 7 and 12.

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Claims (6)

  1. Eine Zerstäuberdüsenanordnung, umfassend:
    a) einen kegelstumpfförmigen Deflektorkern aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Deflektor eine nach außen divergierende Oberfläche aufweist, die zu einem abgefasten Ende führt, in einer Stromabwärtsrichtung für zu zerstäubende Flüssigkeit, wobei ein äußerer Abschnitt der divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns eine nach außen ablenkende Oberfläche bildet für das Fließenlassen eines Zerstäubungsfluids im Betrieb in ungestörter Weise längs der gesamten Länge derselben,
    b) einen Düsenreifen aus einem verschleißfesten Keramikmaterial, welcher Reifen eine keilförmige Einwärtsauswölbung mit einer stromabwärts liegenden Seite der keilförmigen Auswölbung aufweist mit einer sich nach außen erweiternden Innenoberfläche, die im wesentlichen parallel zu und koextensiv verlaufend mit einem stromabwärts liegenden Abschnitt der nach außen divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns ist, um mit dieser eine Mischzone zu bilden, welche zu einem Zerstäuberdüsenbohrungsauslaß führt, so daß im Betrieb zu zerstäubende Flüssigkeit gegen die die Mischzone begrenzenden Oberflächen gehalten wird, bis sie im wesentlichen vollständig durchmischt ist und zerstäubt wird, wenn sie aus dem Bohrungsauslaß austritt,
    c) einen Deflektorkernhalter mit einem stromaufwärts liegenden Schraubgewindeende und einem sich erweiternden Sockelabschnitt an einem stromabwärts liegenden Ende, welcher sich erweiternde Sockelabschnitt ein äußeres zylindrisch geformtes Ende aufweist, wobei der sich erweiternde Sockel einen stromaufwärts liegenden Abschnitt des Deflektorkerns dicht passend und ausgefluchtet darin aufnimmt, wobei der sich erweiternde Sockelabschnitt im Betrieb eine glatte Außenoberfläche bereitstellt für das Führen zu zerstäubenden Fluids in Richtung und längs der auswärts ablenkenden Oberfläche des äußeren Abschnitts des Deflektorkerns, welcher aus dem sich erweiternden Sockelabschnitt herausragt,
    d) Befestigungsmittel zum Befestigen des Deflektorkerns in dem sich erweiternden Sockelabschnitt,
    e) eine innere zylindrische Hülse mit einem mit Schraubgewinde versehenen inneren stromaufwärts liegenden Endabschnitt, der nahe der Mischzone liegt und in einstellbarem Schraubeingriff steht mit dem mit Gewinde versehenen stromaufwärts liegenden Endabschnitt des Deflektorkernhalter, welche innere zylindrische Hülse einen stromabwärts liegenden Endabschnitt aufweist mit einer vergrößerten Bohrung, der an einem stromabwärts liegenden Ende endet, das innere und äußere Abfasungen aufweist, welcher stromabwärts liegende Endabschnitt um den sich erweiternden Sockelabschnitt herum angeordnet ist zur Ausbildung eines Fluiddurchlasses rings um das zylindrisch geformte Ende des Deflektorkernhalters für den im Betrieb erfolgenden Durchlaß eines im wesentlichen konstanten Stromes von Zerstäubungsfluids längs desselben zu einer Zerstäubungsfluidöffnung, ausgebildet zwischen der inneren Abfasung und der äußeren ablenkenden Oberfläche des sich erweiternden Sockels, so daß im Betrieb ein Strahl von Zerstäubungsfluid aus der Zerstäubungsfluidöffnung austritt und gerichtet wird längs des äußeren Abschnitts der nach außen ablenkenden Oberfläche des Deflektorkerns,
    f) einen stromaufwärts liegenden Kragen, der ein Montagemittel an dem Frontende der inneren zylindrischen Hülse bildet,
    g) eine äußere zylindrische Hülse, die abgedichtet und gegen Relativbewegung durch den stromaufwärts liegenden Kragen auf dem Frontende der inneren Hülse ist und einen abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt am stromabwärts liegenden Ende aufweist, worin der Düsenreifen montiert ist und sich radial von ihm einwärts erstreckt, wobei ein Abschnitt der äußeren Hülse einen relativ größeren Bohrungsdurchmesser aufweist als der Außendurchmesser der inneren Hülse und um diese herum einen ungestörten Flüssigkeitsdurchlaß bildet für die betriebsmäßige Überführung von zu zerstäubender Flüssigkeit in Richtung der stromaufwärts liegenden Seite und einwärts rings herum bezüglich der keilförmigen Auswölbung des Düsenreifens,
    h) Mittel, die den Düsenreifen in dem abgestuften ringförmig ausgenommenen Abschnitt befestigen,
    i) ein Einstellmittel, verbunden mit dem Deflektorkernhalter für die Einstellung des Gewindeeingriffs zwischen dem Deflektorkernhalter und der inneren zylindrischen Hülse, um dadurch die Breite (W) der Mischzone einzujustieren,
    j) Mittel für die Einspeisung von Zerstäubungsfluid in den Fluiddurchlaß,
    k) Mittel für die Einspeisung von zu zerstäubender Flüssigkeit in den Durchlaß für zu zerstäubende Flüssigkeit, und
    l) Eine unterschiedliche thermische Expansion auffangende Buchse, die gleitbeweglich auf einem Zwischenabschnitt der inneren zylindrischen Hülse montiert ist in einem rückwärtigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Hülse.
  2. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, bei der das Einstellmittel in der Lage ist, die Breite der Mischzone auf ein L zu W Bereichsverhältnis einzustellen, das innerhalb des Bereichs von etwa 5 : 1 bis etwa 10 : 1 liegt, worin L die Länge der Mischzone in Richtung der hindurch verlaufenden Strömung ist und W die Breite der Mischzone.
  3. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 2, bei der das L : W Bereichsverhältnis innerhalb des Bereichs von etwa 7 : 1 bis etwa 8 : 1 ist.
  4. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die das abgefaste Ende des Deflektorkerns bildende Seite und eine stromabwärts liegende Seite des Düsenreifens symmetrisch geneigt sind an jeder Umfangsposition bezüglich einer Zentrallinie, die sich längs der Mischzone an jeder Umfangsposition erstreckt, unter einem eingeschlossenen Winkel (α°) im Verhältnis bezüglich des Winkels (0°), an welchem das Zerstäubungsfluid in Richtung der auswärts divergierenden Oberfläche des Deflektorkerns gerichtet wird, von etwa 130° : 50° bis etwa 100° : 80°.
  5. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, bei der das Einstellmittel einen Schaft umfaßt für das Drehen des Deflektorkerns, welcher sich von diesem nach hinten erstreckt längs der inneren zylindrischen Hülse, eine Buchse, die gleitbeweglich einen hinteren Endabschnitt des Schaftes montiert, welcher sich hindurcherstreckt in die innere zylindrische Hülse, Mittel für das Drehen des rückwärtigen Endes des Schaftes.
  6. Eine Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Wärmeaustauschgehäuse rings um die äußere zylindrische Hülse und um diese herum montiert an einem Frontende an den Montagemitteln und eine unterschiedliche thermische Expansion aufnehmende Muffe, die gleitbeweglich einen rückwärtigen Endabschnitt des Wärmetauschergehäuses auf einem rückwärtigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Hülse montiert.
EP87310020A 1986-11-13 1987-11-12 Zerstäubungsdüse Expired - Lifetime EP0268432B1 (de)

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CA000522934A CA1277585C (en) 1986-11-13 1986-11-13 Atomizing nozzle assembly

Publications (3)

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EP0268432A2 EP0268432A2 (de) 1988-05-25
EP0268432A3 EP0268432A3 (en) 1990-01-31
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DE3780916T2 (de) 1993-03-25
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