EP0579008A2 - Oil burner - Google Patents

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Publication number
EP0579008A2
EP0579008A2 EP93110067A EP93110067A EP0579008A2 EP 0579008 A2 EP0579008 A2 EP 0579008A2 EP 93110067 A EP93110067 A EP 93110067A EP 93110067 A EP93110067 A EP 93110067A EP 0579008 A2 EP0579008 A2 EP 0579008A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oil
nozzle
gas
swirl
atomizer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP93110067A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0579008A3 (en
Inventor
Hans-Benno Dr. Ricke
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.)
KRAFT-INDUSTRIEWARMETECHNIK DR RICKE GmbH
Original Assignee
KRAFT-INDUSTRIEWARMETECHNIK DR RICKE GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KRAFT-INDUSTRIEWARMETECHNIK DR RICKE GmbH filed Critical KRAFT-INDUSTRIEWARMETECHNIK DR RICKE GmbH
Publication of EP0579008A2 publication Critical patent/EP0579008A2/en
Publication of EP0579008A3 publication Critical patent/EP0579008A3/xx
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/408—Flow influencing devices in the air tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/005—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means
    • F23D11/007—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means combination of means covered by sub-groups F23D11/10 and F23D11/24

Definitions

  • the invention relates to an oil burner with an oil nozzle which can be supplied with oil by means of an oil supply line and from which an oil jet can be emitted, an atomizing gas nozzle which is arranged downstream of the oil nozzle and can be supplied with compressed atomizing gas by means of a gas supply line and in which an opening direction is provided Widening nozzle space is formed, in which the oil jet and the atomizing gas can be mixed and the resulting oil / atomizing gas flow can be subjected to a swirl, and a burner tube which coaxially surrounds the oil nozzle and the atomizing gas nozzle, with its downstream end section over the outlet surface of the nozzle space of the atomizing gas nozzle protrudes and through which the mixed and swirled oil / atomizer gas stream emerging from the atomizer gas nozzle can be charged with combustion air.
  • soot and / or coke deposits cannot be excluded, by which the Operation of a furnace or furnace is subject to sensitive interference.
  • the flame propagation and thus the heat transfer properties of the oil burner can be influenced in an undesirable manner, local overheating of individual components of the oil burner can occur, the flame tube and the combustion chamber or the burner block being particularly worth mentioning, the ignitability and the flame monitoring can be impaired, contamination of the goods to be heated can occur in a directly fired furnace, drying or heat treatment system, or the trains of a boiler system can become blocked.
  • Such soot and / or coke deposits can also lead to considerable impairments on flat flame burners, since in such flat flame burners the flame temperature can be cooled down by exhaust gas recirculation to such an extent that after-burning solid particles no longer occur.
  • the invention has for its object to provide an oil burner, the flame free of unburned carbon particles is.
  • the oil to be burned is finely atomized and partially evaporated by a compressed atomizing gas, so that the flame of the burner is colored blue-violet from its root like a gas flame.
  • Such a flame is free of unburned carbon particles, it is clean, ie it does not cause soot or coke deposits on the oil burner or in the furnace, nor does it carry such carbon particles into the environment.
  • the oil Due to the nozzle design of the oil burner according to the invention, the oil is first atomized and then finely divided by an axially rotating atomizing gas stream and deflected in a primarily radial outflow direction, the opening angle of the outflow being between 90 and 180 degrees.
  • the opening angle is normally less than 90 degrees
  • the result of the oil burner according to the invention is considerably larger Opening angle.
  • the oil / atomizing gas stream is pulled apart to a larger outflow cross-section, while in the area of the main flow or central axis of the oil jet emitted from the oil nozzle, a zone of static negative pressure is created downstream of the nozzle area of the oil burner, into which gas flows upstream in the direction of the nozzle area of the oil burner the environment is returned. If this recirculated gas is already heated as a combustion product, it transfers part of its sensible heat to the outflowing oil / atomizer gas stream, as a result of which the oil droplets evaporate and, after mixing the oil / atomizer gas stream with the combustion air stream, which contains about 95% of the air volume required for stoichiometric combustion, burn without soot.
  • Such an exemplary embodiment has proven to be particularly advantageous for the expedient operation of the oil burner according to the invention, in which the sum of the outlet surface cross sections of the gas emission channels is approximately 0.7 times the narrowest flow cross-sectional area of the nozzle space of the atomizer gas nozzle.
  • a more intense swirling of the oil / atomizer gas flow can be achieved if the oil jet is already swirled in the oil nozzle.
  • the oil burner according to the invention is to be designed as a flat flame burner, it is advantageous if the swirl caused in the oil nozzle is in the same direction as the swirl caused in the atomizer gas nozzle.
  • the oil burner can be used advantageously, in particular, as a flat flame burner if the swirl caused by the swirl disk is in the same direction as the swirl caused in the atomizer gas nozzle.
  • a flat flame burner both the oil jet and the atomizing gas jets and the combustion air flow should be subjected to a swirl in the same direction.
  • the swirl caused by the swirl disk should be opposite to the swirl caused in the atomizing gas nozzle, which in turn should possibly be opposite to the swirl acting on the oil jet in the oil nozzle.
  • the combination of the oil / atomizer gas stream with the combustion air stream can be improved if a separating disk, which coaxially surrounds the atomizer nozzle and by means of which is available for the combustion air stream, is arranged downstream of the swirl disk and upstream of a mixing section in which the combustion air stream meets the oil / atomizer gas stream standing flow cross section is reduced.
  • the diameter of the nozzle space of the atomizing nozzle can increase linearly or progressively downstream of its narrowest flow cross-sectional area.
  • a linear or a progressive enlargement of the diameter of the nozzle space can be expedient.
  • the atomizer nozzle can advantageously be designed as a separate component and can be pressed by means of the oil nozzle under spring tension against a seat provided for it on a burner head of the oil burner.
  • oil is emitted from an oil nozzle 2 and mixed with an atomizing gas in an atomizing nozzle 3 and swirled by atomizing gas jets before the mixed and swirled oil / atomizing gas stream 4 is combined with a combustion air stream 5.
  • the oil nozzle 2 is supplied with an adjustable oil flow 7 via an oil supply line 6, in which valves (not shown) are provided and which is connected to an oil pump (also not shown).
  • the oil nozzle 2 is used for metering an oil jet 8 and is also designed in a manner known per se so that the oil jet 8 leaving it is subjected to a swirl directed around its main flow axis 9.
  • the atomizing nozzle 3 is arranged behind the oil nozzle 2.
  • the atomizer nozzle 3 forms a trumpet-like widening nozzle chamber 10, into which the swirled oil jet 8 is injected.
  • gas emission channels 11 are formed, approximately in the radial direction of the atomizing nozzle 3.
  • the gas emission channels 11, of which six are provided in the embodiment shown are arranged at the same circumferential distance from one another around the central axis of the nozzle chamber 10 or the main flow axis 9 of the oil jet 8.
  • longitudinal axes 12 of the gas emission channels 11 do not intersect the central axis or main flow axis 9 running perpendicular to them, but are arranged at a distance 13 parallel to the radii intersecting the central axis or the main flow axis 9.
  • the atomizing nozzle 3 is connected to a compressed gas source (not shown in detail) via a gas supply line 14 running coaxially to the oil supply line 6 in the oil burner area.
  • a compressed gas source e.g. Air, oxygen or water vapor are used.
  • the atomizing gas stream 15 is divided into the gas emission channels 11, from which it strikes the oil jet 8 at a high speed quasi tangentially or secant and accordingly applies a swirl to it, which is opposite to the original swirl of the oil jet 8 predetermined by the oil nozzle 2. This results in the well-mixed oil / atomizer gas flow 4 leaving the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3 through its outlet surface 16 approximately radially to the central axis of the nozzle chamber 10.
  • the sum of the exit surface cross sections of the six gas emission channels 11 in the illustrated embodiment is approximately 0.7 times the narrowest flow cross section area 17 of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3.
  • the oil / atomizing gas stream 4 leaving the nozzle chamber 10 essentially in the radial direction is then combined with the combustion air stream 5, which is fed through a burner tube 18 arranged in the oil burner area coaxially to the gas supply line 14 from an air source, not shown.
  • the combustion air stream 5 passes through an annular swirl disk 20, seated between the gas supply line 14 and the burner chamber 18 and through which swirl channels 19 pass, in which it is subjected to a swirl that corresponds to that of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3 in the radial direction leaving oil / atomizer gas flow 4 is opposite.
  • the swirled combustion air flow 5 is reduced by a separating disc 22, which reduces the flow cross section of the burner pipe 18 available for the combustion air flow 5 to a comparatively small outer ring cross section, jammed.
  • the combustion process now takes place in the part of the burner tube 18 projecting beyond the atomizer nozzle 3 and in a part of a flame tube 23 projecting beyond the relevant end of the burner tube 18.
  • both volatile and high-boiling oils can be burned in a large output range, even at furnace chamber temperatures> 1300 degrees Celsius.
  • the compressed atomizing gas e.g. air, oxygen or water vapor
  • the compressed atomizing gas jets envelop the oil jet 8 emerging from the oil nozzle 2 under pressure, push it through and accelerate it, break up the oil droplets more finely by means of shear forces and swirl the oil mist formed about the main flow axis 9 of the oil jet 8.
  • the mixed oil flows / Atomizer gas flow 4 along the outwardly curved envelope surface of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3 and leaves it in a primarily radial direction, ie, perpendicular to the main flow axis 9 of the oil jet 8 emerging from the oil nozzle 2 with the formation of an axially close, rotationally symmetrical space 24 of static negative pressure.
  • the oil / atomizing gas stream 4 flowing radially outward through the space 25 mixes in the annularly shaped mixing section 21 with the combustion air stream 5 flowing in from the annular space 26. Part of this becomes static in the space 24 near the axis, forming a toroid as a burning, highly heated mixture Sucked back vacuum, where it mixes with the radially flowing oil / atomizer gas flow 4 in the space 25, transfers some of its sensible heat to it and thus contributes to the evaporation of the oil mist.
  • the flame front returns to the nozzle chamber 10, which progressively widens in the downstream direction, inside the atomizer nozzle 3, as a result of which the compact mixture forming the oil / atomizer gas stream 4 in the region of the envelope surface of the nozzle chamber 10 is heated up.
  • the oil / air mixture completely burns out in a relatively small combustion chamber volume, with the development of high temperatures down to the regions of the room 24 static negative pressure or the nozzle chamber 10 near the oil nozzle.
  • the burn-out in a small combustion chamber volume allows the use of the oil burner 1 described above for high-speed burners and especially for flat-flame burners, for which gas burners have previously been used primarily, in those furnace systems in which, for procedural reasons, the flame is guided along the inner furnace wall or ceiling.
  • FIGS. 2 and 3 show the nozzle design of the oil burner 1 shown in FIG. 1 in detail.
  • the sum of the outlet surface cross sections of the gas emission channels 11 is smaller than the narrowest flow cross section area 17 of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3. Since the flow cross section of the nozzle chamber 10 increases downstream, any residual pressure of the atomizer gas jets which is still present has a swirl-enhancing effect when it leaves the gas emission channels 11.
  • the oil / atomizing gas stream 4 lies securely on the outer envelope surface of the nozzle chamber 10 and leaves the nozzle chamber 10 at an opening angle which is predetermined by the angle Beta of the outflow tangent 28. With this nozzle design, this angle beta is largely constant over a wide range of throughput and gas pressure variations.
  • FIG. 1 shows the nozzle design of the oil burner 1 shown in FIG. 1 in detail.
  • the sum of the outlet surface cross sections of the gas emission channels 11 is smaller than the narrowest flow cross section area 17 of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3. Since the
  • the opening angle alpha of the outflowing oil / atomizer gas flow 4 remains constant with increasing pressure, determined by the outlet angle of the envelope surface of the nozzle chamber 10 or the angle Beta of the outlet tangent 28.
  • the downstream of the atomizer nozzle 3 The current flow profile becomes sharper with increasing pre-pressure of the atomizing gas, the individual jets of the incoming atomizing gas begin to emerge, the hollow cap in front of the mouth of the atomizing nozzle 3 becomes more pronounced.
  • an atomizer nozzle 3 with the cross section shown in FIG. 4 shows a different behavior at different admission pressures of the atomizer gas.
  • the gas-emitting channels 11 open into a pre-swirling chamber 29, the outlet surface of which forms the narrowest flow cross-sectional area 17 of the nozzle chamber 10, which is continuously expanded linearly downstream.
  • the outflowing oil / atomizer gas flow 4 is always at the outer admission pressure of the atomizer gas on the outer envelope surface of the nozzle space 10 on and leaves the atomizer nozzle 3 with an opening angle that is the same as that of the atomizer nozzle 3.
  • the flow of the mixture can change into a purely radial flow with an opening angle> 180 degrees, which does not change its contour with increasing admission pressure of the atomizing gas until it changes into an axially directed flow from a certain admission gas pressure , whereby the opening angle that is set becomes smaller with increasing admission pressure of the atomizing gas. If the admission pressure of the atomizing gas is then reduced, the flow changes back into a radially directed flow, but at a significantly lower admission pressure of the atomizing gas than when the radial flow is changed into an axial flow.
  • This hysteresis is shown in the diagram according to FIG. 6 for two different atomizing nozzles 3.
  • the changeover point from radial to axial is influenced by the opposite or the same direction of the swirl direction of the oil and the atomizing gas, but not the changeover point from axial to radial flow.
  • the ratio is ⁇ 0.5, a stable radial outflow is also not to be expected, because then the influence of the oil jet from the oil nozzle 2 on the flow contour of the oil / atomizer gas flow 4 decreases. This is because the oil jet 8 expands the jet of the oil / atomizing gas stream 4. If the narrowest flow cross-sectional area 17 of the nozzle chamber 10 is too large, the mixing process between the oil jet 8 and the atomizing gas is impaired. The exchange of impulses and transmission of shear forces are then reduced. In order to generate an at least partially blue-violet flame pattern, it is necessary to feed in larger quantities of atomizing gas.
  • An atomizer nozzle 3 according to FIG. 4 with a radial outflow is particularly suitable for use in flat-flame burners. It provides complete burnout in the smallest possible space.
  • the flame shape is optimal when the oil jet 8, the atomizing gas jets and the combustion air stream 5 are twisted in the same direction.
  • An atomizer nozzle 3 according to FIG. 3 is optimal if the oil jet 8, the atomizer gas jets and the combustion air stream 5 are to be varied continuously over a wide performance range.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

An oil burner has an oil nozzle (2) which can be provided with oil by means of an oil supply pipe (6) and from which an oil jet (8) can be emitted, an atomising nozzle (3), which is arranged downstream of the oil nozzle (2) and can be provided with compressed atomising gas by means of a gas supply pipe (14) and in which a nozzle space (10) widening in the opening direction is formed, in which space the oil jet (8) and the atomising gas can be thoroughly mixed and the resulting oil/atomising gas flow (4) can be acted upon with a swirl, and a burner pipe (18) which surrounds the oil nozzle (2) and the atomising nozzle (3) coaxially, projects with a downstream end section beyond the outlet surface (16) of the nozzle space (10) of the atomising nozzle (3) and by means of which the thoroughly mixed and swirled oil/atomising gas flow (4) emerging from the atomising nozzle (3) can be acted upon with a combustion air flow (5). In order to prevent soot or coke deposits in the oil burner, gas emitting ducts (11) are formed in the atomising nozzle (3), which are arranged in different directions perpendicularly to the main flow direction of the oil jet (2) emerging from the oil nozzle (2) and the longitudinal axes (12) of which have a distance from the main flow or central axis (9) of the oil jet (8), and the sum of the outlet surface cross-sections of the gas emitting ducts (11) amounts to 0.5 to 0.9 times the narrowest flow cross-sectional area (17) of the nozzle space (10) of the atomising nozzle (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölbrenner mit einer Öldüse, die mittels einer Ölzufuhrleitung mit Öl versorgbar und aus der ein Ölstrahl abstrahlbar ist, einer Zerstäubergasdüse, die stromab der Öldüse angeordnet und mittels einer Gaszuleitung mit verdichtetem Zerstäubergas versorgbar ist und in der ein sich in Öffnungsrichtung erweiternder Düsenraum ausgebildet ist, in dem der Ölstrahl und das Zerstäubergas durchmischbar und der entstehende Öl/Zerstäubergasstrom mit einem Drall beaufschlagbar sind, und einem Brennerrohr, das die Öldüse und die Zerstäubergasdüse koaxial umgibt, das mit seinem stromabwärtigen Endabschnitt über die Austrittsfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse vorsteht und durch das der aus der Zerstäubergasdüse austretende durchmischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom mit Verbrennungsluft beaufschlagbar ist.The invention relates to an oil burner with an oil nozzle which can be supplied with oil by means of an oil supply line and from which an oil jet can be emitted, an atomizing gas nozzle which is arranged downstream of the oil nozzle and can be supplied with compressed atomizing gas by means of a gas supply line and in which an opening direction is provided Widening nozzle space is formed, in which the oil jet and the atomizing gas can be mixed and the resulting oil / atomizing gas flow can be subjected to a swirl, and a burner tube which coaxially surrounds the oil nozzle and the atomizing gas nozzle, with its downstream end section over the outlet surface of the nozzle space of the atomizing gas nozzle protrudes and through which the mixed and swirled oil / atomizer gas stream emerging from the atomizer gas nozzle can be charged with combustion air.

Im Betrieb derartiger Ölbrenner können Ruß- und/oder Koksablagerungen nicht ausgeschlossen werden, durch die der Betrieb einer Feuerungsanlage bzw. eines Ofens empfindlichen Störungen unterworfen ist. So können hierdurch die Flammenausbreitung und damit die Wärmeübertragungseigenschaften des Ölbrenners in unerwünschter Weise beeinflußt werden, kann es zu einer lokalen Überhitzung einzelner Bauteile des Ölbrenners kommen, wobei insbesondere das Flammrohr und die Brennkammer bzw. der Brennerstein zu nennen sind, können die Zündfähigkeit und die Flammüberwachung beeinträchtigt werden, kann eine Verschmutzung des zu erwärmenden Gutes in einer direkt befeuerten Ofen-, Trocknungs- oder Wärmebehandlungsanlage auftreten oder kann es zu Verstopfungen der Züge einer Kesselanlage kommen.In the operation of such oil burners, soot and / or coke deposits cannot be excluded, by which the Operation of a furnace or furnace is subject to sensitive interference. In this way, the flame propagation and thus the heat transfer properties of the oil burner can be influenced in an undesirable manner, local overheating of individual components of the oil burner can occur, the flame tube and the combustion chamber or the burner block being particularly worth mentioning, the ignitability and the flame monitoring can be impaired, contamination of the goods to be heated can occur in a directly fired furnace, drying or heat treatment system, or the trains of a boiler system can become blocked.

Dies gilt insbesondere hinsichtlich Hochgeschwindigkeitsbrennern mit einer am Austritt querschnittsreduzierten Brennkammer, in der sich besonders schnell, oft schon nach kurzer Betriebsdauer, Ruß- und/oder Koksablagerungen ansammeln.This applies in particular to high-speed burners with a combustion chamber with a reduced cross-section at the outlet, in which soot and / or coke deposits accumulate particularly quickly, often after a short operating time.

Auch an Flachflammenbrennern können derartige Ruß- und/oder Koksablagerungen zu erheblichen Beeinträchtigungen führen, da bei solchen Flachflammenbrennern die Flammentemperatur durch Abgasrückführung soweit abgekühlt sein kann, daß ein Nachverbrennen auftretender Feststoffpartikel nicht mehr erfolgt.Such soot and / or coke deposits can also lead to considerable impairments on flat flame burners, since in such flat flame burners the flame temperature can be cooled down by exhaust gas recirculation to such an extent that after-burning solid particles no longer occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner zu schaffen, dessen Flamme frei von unverbrannten Kohlenstoffpartikeln ist.The invention has for its object to provide an oil burner, the flame free of unburned carbon particles is.

Diese Aufgabe wird durch einen Ölbrenner gelöst, in dessen Zerstäubergasdüse Gasabstrahlkanäle ausgebildet sind, die in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des aus der Öldüse austretenden Ölstrahls angeordnet sind und deren Längsachsen einen Abstand zur Hauptströmungs- bzw. Mittelachse des Ölstrahls aufweisen, und bei dem die Summe der Austrittsflächenguerschnitte der Gasabstrahlkanäle das 0,5- bis 0,9-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse beträgt. Bei einem derartigen Ölbrenner wird das zu verbrennende Öl durch ein verdichtetes Zerstäubergas feinst zerstäubt und dabei partiell verdampft, so daß die Flamme des Brenners von ihrer Wurzel an wie eine Gasflamme blau-violett gefärbt ist. Eine derartige Flamme ist frei von unverbrannten Kohlenstoffpartikeln, sie ist sauber, d.h. sie verursacht weder Ruß- noch Koksablagerungen am Ölbrenner oder im Feuerungsraum, noch trägt sie derartige Kohlenstoffpartikel in die Umgebung. Durch die Düsengestaltung des erfindungsgemäßen Ölbrenners wird das Öl zunächst vorzerstäubt und dann von einem axial rotierenden Zerstäubergasstrom feiner zerteilt und in eine vornehmlich radiale Abströmrichtung umgelenkt, wobei der Öffnungswinkel der Abströmung zwischen 90 und 180 Grad beträgt. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ölbrennern, bei denen normalerweise der Öffnungswinkel unter 90 Grad liegt, ergibt sich im Falle des erfindungsgemäßen Ölbrenners ein beträchtlich vergrößerter Öffnungswinkel. Hierdurch wird der Öl/Zerstäubergasstrom auf einen größeren Abströmquerschnitt auseinandergezogen, während im Bereich der Hauptströmungs- bzw. Mittelachse des aus der Öldüse abgestrahlten Ölstrahls stromab vor dem Düsenbereich des Ölbrenners eine Zone statischen Unterdrucks entsteht, in die stromauf in Richtung zum Düsenbereich des Ölbrenners Gas aus der Umgebung zurückgeführt wird. Ist dieses rückgeführte Gas bereits als Verbrennungsprodukt erhitzt, überträgt es einen Teil seiner fühlbaren Wärme auf den abströmenden Öl/Zerstäubergasstrom, wodurch die Öltröpfchen verdampfen und nach Mischung des Öl/Zerstäubergasstroms mit dem Verbrennungsluftstrom, der etwa 95 % der zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Luftmenge enthält, rußfrei verbrennen. Die Verdampfung der Öltropfen ist bei dem vorstehend geschilderten Effekt so intensiv, daß durch unterstöchiometrische Teilverbrennung ein reduzierendes Schutzgas rußfrei erzeugt werden kann. Soweit sich der Öffnungswinkel des abströmenden Öl/Zerstäubergasstroms bei veränderlichem Mengendurchsatz nicht ändert, erfolgt die Verbrennung ruß- und auch rauchfrei mit gleichbleibend blauer Flamme in weiten Grenzen unabhängig von der Leistung.This object is achieved by an oil burner in the atomizer gas nozzle of which gas discharge channels are formed which are arranged in different directions perpendicular to the main flow direction of the oil jet emerging from the oil nozzle and whose longitudinal axes are at a distance from the main flow or central axis of the oil jet, and in which the sum the outlet cross-sectional area of the gas discharge channels is 0.5 to 0.9 times the narrowest flow cross-sectional area of the nozzle space of the atomizer gas nozzle. In such an oil burner, the oil to be burned is finely atomized and partially evaporated by a compressed atomizing gas, so that the flame of the burner is colored blue-violet from its root like a gas flame. Such a flame is free of unburned carbon particles, it is clean, ie it does not cause soot or coke deposits on the oil burner or in the furnace, nor does it carry such carbon particles into the environment. Due to the nozzle design of the oil burner according to the invention, the oil is first atomized and then finely divided by an axially rotating atomizing gas stream and deflected in a primarily radial outflow direction, the opening angle of the outflow being between 90 and 180 degrees. Compared to oil burners known from the prior art, in which the opening angle is normally less than 90 degrees, the result of the oil burner according to the invention is considerably larger Opening angle. As a result, the oil / atomizing gas stream is pulled apart to a larger outflow cross-section, while in the area of the main flow or central axis of the oil jet emitted from the oil nozzle, a zone of static negative pressure is created downstream of the nozzle area of the oil burner, into which gas flows upstream in the direction of the nozzle area of the oil burner the environment is returned. If this recirculated gas is already heated as a combustion product, it transfers part of its sensible heat to the outflowing oil / atomizer gas stream, as a result of which the oil droplets evaporate and, after mixing the oil / atomizer gas stream with the combustion air stream, which contains about 95% of the air volume required for stoichiometric combustion, burn without soot. The evaporation of the oil drops is so intense with the effect described above that a reducing protective gas can be generated without soot by sub-stoichiometric partial combustion. Insofar as the opening angle of the outflowing oil / atomizer gas flow does not change with a variable volume throughput, the combustion takes place without soot and smoke-free with a constant blue flame within wide limits regardless of the output.

Als besonders vorteilhaft für den zweckmäßigen Betrieb des erfindungsgemäßen Ölbrenners hat sich ein solches Ausführungsbeispiel herausgestellt, bei dem die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle ca. das 0,7-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche des Düsenraums der Zerstäubergasdüse beträgt.Such an exemplary embodiment has proven to be particularly advantageous for the expedient operation of the oil burner according to the invention, in which the sum of the outlet surface cross sections of the gas emission channels is approximately 0.7 times the narrowest flow cross-sectional area of the nozzle space of the atomizer gas nozzle.

Eine intensivere Drallbeaufschlagung des Öl/Zerstäubergasstroms läßt sich erreichen, wenn der Ölstrahl bereits in der Öldüse mit einem Drall beaufschlagt wird.A more intense swirling of the oil / atomizer gas flow can be achieved if the oil jet is already swirled in the oil nozzle.

Sofern der erfindungsgemäße Ölbrenner als Flachflammenbrenner ausgelegt sein soll, ist es dann vorteilhaft, wenn der in der Öldüse bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist.If the oil burner according to the invention is to be designed as a flat flame burner, it is advantageous if the swirl caused in the oil nozzle is in the same direction as the swirl caused in the atomizer gas nozzle.

Dahingegen werden ein feinerer Ölnebel und ein kompakterer Ausbrand erzielt, wenn der in der Öldüse bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuber- bzw. Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist.In contrast, a finer oil mist and a more compact burnout are achieved if the swirl caused in the oil nozzle is opposite to the swirl caused in the atomizer or atomizer gas nozzle.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, im Brennerrohr eine Drallscheibe anzuordnen, mittels der auch der zugeführte Verbrennungsluftstrom mit einem Drall beaufschlagbar ist.In addition, there is the possibility of arranging a swirl disk in the burner tube, by means of which a swirl can also be applied to the supplied combustion air flow.

Hierbei gilt ebenfalls, daß der Ölbrenner insbesondere als Flachflammenbrenner vorteilhaft eingesetzt werden kann, wenn der mittels der Drallscheibe bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall ist. Bei einem derartigen Flachflammenbrenner sollten dann sowohl der Ölstrahl als auch die Zerstäubergasstrahlen als auch der Verbrennungsluftstrom gleichsinnig mit einem Drall beaufschlagt werden.It also applies here that the oil burner can be used advantageously, in particular, as a flat flame burner if the swirl caused by the swirl disk is in the same direction as the swirl caused in the atomizer gas nozzle. In such a flat flame burner, both the oil jet and the atomizing gas jets and the combustion air flow should be subjected to a swirl in the same direction.

Wenn der Betrieb des erfindungsgemäßen Ölbrenners in einem weiten Leistungsbereich stetig variiert werden soll, sollte der mittels der Drallscheibe bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäubergasdüse bewirkten Drall sein, der wiederum ggf. gegensinnig zu dem den Ölstrahl in der Öldüse beaufschlagenden Drall sein sollte.If the operation of the oil burner according to the invention is to be varied continuously over a wide power range, the swirl caused by the swirl disk should be opposite to the swirl caused in the atomizing gas nozzle, which in turn should possibly be opposite to the swirl acting on the oil jet in the oil nozzle.

Die Zusammenführung des Öl/Zerstäubergasstroms mit dem Verbrennungsluftstrom läßt sich verbessern, wenn stromab der Drallscheibe und stromauf eines Mischabschnitts, in dem der Verbrennungsluftstrom auf den Öl/Zerstäubergasstrom trifft, eine die Zerstäuberdüse koaxial umgebende Trennscheibe angeordnet ist, mittels der der für den Verbrennungsluftstrom zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt reduziert ist.The combination of the oil / atomizer gas stream with the combustion air stream can be improved if a separating disk, which coaxially surrounds the atomizer nozzle and by means of which is available for the combustion air stream, is arranged downstream of the swirl disk and upstream of a mixing section in which the combustion air stream meets the oil / atomizer gas stream standing flow cross section is reduced.

Insbesondere für die Verwendung als Flachflammenbrenner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn in der Zerstäuberdüse stromauf derer engsten Strömungsguerschnittfläche eine Vorverwirbelungskammer ausgebildet ist.In particular for use as a flat flame burner, it has proven to be expedient if a pre-swirling chamber is formed in the atomizer nozzle upstream of its narrowest flow cross-sectional area.

Der Durchmesser des Düsenraums der Zerstäuberdüse kann sich stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche linear oder progressiv vergrößern. Je nach Einsatzart des erfindungsgemäßen Ölbrenners kann eine lineare oder aber eine progressive Vergrößerung des Durchmessers des Düsenraums zweckmäßig sein.The diameter of the nozzle space of the atomizing nozzle can increase linearly or progressively downstream of its narrowest flow cross-sectional area. Depending on the type of use of the oil burner according to the invention, a linear or a progressive enlargement of the diameter of the nozzle space can be expedient.

Zwecks Erleichterung des Ersatzes bzw. des Austausches kann die Zerstäuberdüse vorteilhaft als separates Bauteil ausgebildet und mittels der Öldüse unter Federspannung gegen einen für sie an einem Brennerkopf des Ölbrenners vorgesehenen Sitz anpreßbar sein.To facilitate replacement or replacement, the atomizer nozzle can advantageously be designed as a separate component and can be pressed by means of the oil nozzle under spring tension against a seat provided for it on a burner head of the oil burner.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.In the following the invention is explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawing.

Es zeigen:

Figur 1
eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölbrenners;
Figur 2
eine Prinzipdarstellung einer Zerstäuberdüse des erfindungsgemäßen Ölbrenners gemäß Figur 1;
Figur 3
eine vergrößerte Schnittdarstellung der Zerstäuberdüse des Ölbrenners gemäß Figur 1;
Figur 4
eine Schnittdarstellung einer Zerstäuberdüse einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ölbrenners;
Figur 5
ein Betriebsdiagramm der Zerstäuberdüse gemäß den Figuren 2 und 3;
Figur 6
ein Betriebsdiagramm der Zerstäuberdüse gemäß Figur 4.
Show it:
Figure 1
a sectional view of a first embodiment of the oil burner according to the invention;
Figure 2
a schematic diagram of an atomizer nozzle of the oil burner according to the invention according to Figure 1;
Figure 3
an enlarged sectional view of the atomizer nozzle of the oil burner according to Figure 1;
Figure 4
a sectional view of an atomizer nozzle of a second embodiment of the oil burner according to the invention;
Figure 5
an operating diagram of the atomizer nozzle according to Figures 2 and 3;
Figure 6
3 shows an operating diagram of the atomizing nozzle according to FIG. 4.

In einem in Figur 1 dargestellten Ölbrenner 1 wird Öl aus einer Öldüse 2 abgestrahlt und in einer Zerstäuberdüse 3 mit einem Zerstäubergas gemischt und von Zerstäubergasstrahlen verdrallt, bevor der gemischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom 4 mit einem Verbrennungsluftstrom 5 zusammengeführt wird.In an oil burner 1 shown in FIG. 1, oil is emitted from an oil nozzle 2 and mixed with an atomizing gas in an atomizing nozzle 3 and swirled by atomizing gas jets before the mixed and swirled oil / atomizing gas stream 4 is combined with a combustion air stream 5.

Die Öldüse 2 wird über eine Ölzufuhrleitung 6, in der nicht dargestellte Ventile vorgesehen sind und die an eine ebenfalls nicht dargestellte Ölpumpe angeschlossen ist, mit einem einstellbaren Ölstrom 7 versorgt. Die Öldüse 2 dient zur Dosierung eines Ölstrahls 8 und ist darüber hinaus in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß der sie verlassende Ölstrahl 8 mit einem um seine Hauptströmungsachse 9 herumgerichteten Drall beaufschlagt ist.The oil nozzle 2 is supplied with an adjustable oil flow 7 via an oil supply line 6, in which valves (not shown) are provided and which is connected to an oil pump (also not shown). The oil nozzle 2 is used for metering an oil jet 8 and is also designed in a manner known per se so that the oil jet 8 leaving it is subjected to a swirl directed around its main flow axis 9.

In Strömungsrichtung des Ölstrahls 8 ist hinter der Öldüse 2 die Zerstäuberdüse 3 angeordnet. Die Zerstäuberdüse 3 bildet einen sich trompetenartig erweiternden Düsenraum 10 aus, in den der verdrallte Ölstrahl 8 eingestrahlt wird. Nahe dem öldüsenseitigen Ende des sich trompetenartig erweiternden Düsenraums 10 sind etwa in Radialrichtung der Zerstäuberdüse 3 verlaufende Gasabstrahlkanäle 11 ausgebildet. Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, sind die Gasabstrahlkanäle 11, von denen bei der dargestellten Ausführungsform sechs vorgesehen sind, im gleichen Umfangsabstand zueinander um die Mittelachse des Düsenraums 10 bzw. die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8 herum angeordnet. Die Längsachsen 12 der Gasabstrahlkanäle 11 schneiden jedoch nicht die senkrecht zu ihnen verlaufende Mittelachse bzw. Hauptströmungsachse 9, sondern sind mit einem Abstand 13 parallel versetzt zu die Mittelachse bzw. die Hauptströmungsachse 9 schneidenden Radien angeordnet.In the direction of flow of the oil jet 8, the atomizing nozzle 3 is arranged behind the oil nozzle 2. The atomizer nozzle 3 forms a trumpet-like widening nozzle chamber 10, into which the swirled oil jet 8 is injected. Near the oil nozzle-side end of the trumpet-like widening nozzle space 10, gas emission channels 11 are formed, approximately in the radial direction of the atomizing nozzle 3. As can be seen in particular from FIG. 2, the gas emission channels 11, of which six are provided in the embodiment shown, are arranged at the same circumferential distance from one another around the central axis of the nozzle chamber 10 or the main flow axis 9 of the oil jet 8. The However, longitudinal axes 12 of the gas emission channels 11 do not intersect the central axis or main flow axis 9 running perpendicular to them, but are arranged at a distance 13 parallel to the radii intersecting the central axis or the main flow axis 9.

Die Zerstäuberdüse 3 ist über eine im Ölbrennerbereich koaxial zur Ölzufuhrleitung 6 verlaufende Gaszuleitung 14 an eine im einzelnen nicht dargestellte Druckgasquelle angeschlossen. Als Zerstäuber- bzw. Druckgas kann z.B. Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf dienen. Der Zerstäubergasstrom 15 wird in die Gasabstrahlkanäle 11 aufgeteilt, aus denen er mit hoher Geschwindigkeit quasi tangential bzw. sekantial auf den Ölstrahl 8 trifft und diesen demgemäß mit einem Drall beaufschlagt, der dem ursprünglichen, durch die Öldüse 2 vorgegebenen Drall des Ölstrahls 8 entgegengesetzt ist. Hierdurch entsteht der gut durchmischte, den Düsenraum 10 der Zerstäuberdüse 3 durch dessen Austrittsfläche 16 etwa radial zur Mittelachse des Düsenraums 10 verlassende Öl/Zerstäubergasstrom 4.The atomizing nozzle 3 is connected to a compressed gas source (not shown in detail) via a gas supply line 14 running coaxially to the oil supply line 6 in the oil burner area. As an atomizing or compressed gas, e.g. Air, oxygen or water vapor are used. The atomizing gas stream 15 is divided into the gas emission channels 11, from which it strikes the oil jet 8 at a high speed quasi tangentially or secant and accordingly applies a swirl to it, which is opposite to the original swirl of the oil jet 8 predetermined by the oil nozzle 2. This results in the well-mixed oil / atomizer gas flow 4 leaving the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3 through its outlet surface 16 approximately radially to the central axis of the nozzle chamber 10.

Die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der in der dargestellten Ausführungsform sechs Gasabstrahlkanäle 11 beträgt ca. das 0,7-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3.The sum of the exit surface cross sections of the six gas emission channels 11 in the illustrated embodiment is approximately 0.7 times the narrowest flow cross section area 17 of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3.

Der im wesentlichen in Radialrichtung den Düsenraum 10 verlassende Öl/Zerstäubergasstrom 4 wird dann mit dem Verbrennungsluftstrom 5, der durch ein im Ölbrennerbereich koaxial zur Gaszuleitung 14 angeordnetes Brennerrohr 18 von einer nicht dargestellten Luftquelle zugeführt wird, vermischt. Vor seinem Zusammentreffen mit dem Öl/Zerstäubergasstrom 4 durchläuft der Verbrennungsluftstrom 5 eine zwischen der Gaszuleitung 14 und dem Brennerraum 18 sitzende, ringförmige und von Verdrallungskanälen 19 durchsetzte Drallscheibe 20, in der er mit einem Drall beaufschlagt wird, der dem des den Düsenraum 10 der Zerstäuberdüse 3 in Radialrichtung verlassenden Öl/Zerstäubergasstroms 4 entgegengesetzt ist. Vor seinem Eintritt in den vom über die Zerstäuberdüse 3 vorstehenden Abschnitt des Brennerrohres 18 in dessen radialen Außenbereichen gebildeten Mischabschnitt 21 wird der verdrallte Verbrennungsluftstrom 5 von einer Trennscheibe 22, die den für den Verbrennungsluftstrom 5 verfügbaren Strömungsquerschnitt des Brennerrohres 18 auf einen vergleichsweise kleinen Außenringquerschnitt verkleinert, gestaut. Im über die Zerstäuberdüse 3 vorstehenden Teil des Brennerrohres 18 und in einem noch über das betreffende Ende des Brennerrohres 18 vorstehenden Teil eines Flammrohres 23 findet nun der Verbrennungsvorgang statt.The oil / atomizing gas stream 4 leaving the nozzle chamber 10 essentially in the radial direction is then combined with the combustion air stream 5, which is fed through a burner tube 18 arranged in the oil burner area coaxially to the gas supply line 14 from an air source, not shown. Before it meets the oil / atomizer gas stream 4, the combustion air stream 5 passes through an annular swirl disk 20, seated between the gas supply line 14 and the burner chamber 18 and through which swirl channels 19 pass, in which it is subjected to a swirl that corresponds to that of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3 in the radial direction leaving oil / atomizer gas flow 4 is opposite. Before it enters the mixing section 21 formed by the section of the burner tube 18 protruding beyond the atomizer nozzle 3 in its radial outer regions, the swirled combustion air flow 5 is reduced by a separating disc 22, which reduces the flow cross section of the burner pipe 18 available for the combustion air flow 5 to a comparatively small outer ring cross section, jammed. The combustion process now takes place in the part of the burner tube 18 projecting beyond the atomizer nozzle 3 and in a part of a flame tube 23 projecting beyond the relevant end of the burner tube 18.

In dem beschriebenen Ölbrenner können sowohl leichtflüchtige als auch hochsiedende Öle in einem großen Leistungsbereich, auch bei Ofenraumtemperaturen > 1300 Grad C, verbrannt werden. Das verdichtete Zerstäubergas, z.B. Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf, hat beim Austritt aus den engen, parallel versetzt zu Radien angeordneten, senkrecht zur Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8 verlaufenden Gasabstrahlkanälen 11 eine hohe Geschwindigkeit. Diese Zerstäubergasstrahlen umhüllen den aus der Öldüse 2 unter Druck austretenden Ölstrahl 8 rotierend, durchsetzen und beschleunigen ihn, zerteilen die Öltröpfchen feiner durch Scherkräfte und verdrallen den entstehenden Ölnebel um die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8. Infolge der durch den Drall verursachten Zentrifugalkräfte strömt der gemischte Öl/Zerstäubergasstrom 4 entlang der nach außen gekrümmten Hüllfläche des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3 und verläßt ihn in vornehmlich radialer Richtung, d.h., senkrecht zur Hauptströmungsachse 9 des aus der Öldüse 2 austretenden Ölstrahls 8 unter Ausbildung eines achsnahen, rotationssymmetrischen Raums 24 statischen Unterdrucks.In the oil burner described, both volatile and high-boiling oils can be burned in a large output range, even at furnace chamber temperatures> 1300 degrees Celsius. The compressed atomizing gas, e.g. air, oxygen or water vapor, has emerged from the narrow, Gas discharge channels 11 arranged parallel to radii and perpendicular to the main flow axis 9 of the oil jet 8 run at high speed. These atomizing gas jets envelop the oil jet 8 emerging from the oil nozzle 2 under pressure, push it through and accelerate it, break up the oil droplets more finely by means of shear forces and swirl the oil mist formed about the main flow axis 9 of the oil jet 8. As a result of the centrifugal forces caused by the swirl, the mixed oil flows / Atomizer gas flow 4 along the outwardly curved envelope surface of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3 and leaves it in a primarily radial direction, ie, perpendicular to the main flow axis 9 of the oil jet 8 emerging from the oil nozzle 2 with the formation of an axially close, rotationally symmetrical space 24 of static negative pressure.

Der kreisringförmig radial nach außen durch den Raum 25 abströmende Öl/Zerstäubergasstrom 4 vermischt sich im ringförmig ausgebildeten Mischabschnitt 21 mit dem aus dem Ringraum 26 zuströmenden Verbrennungsluftstrom 5. Ein Teil hiervon wird unter Ausbildung eines Toroids als brennendes, hocherhitztes Gemisch in den achsnahen Raum 24 statischen Unterdrucks zurückgesaugt, wo es sich dem radial abströmenden Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Raum 25 beimengt, auf diesen einen Teil seiner fühlbaren Wärme überträgt und so zur Verdampfung des Ölnebels beiträgt.The oil / atomizing gas stream 4 flowing radially outward through the space 25 mixes in the annularly shaped mixing section 21 with the combustion air stream 5 flowing in from the annular space 26. Part of this becomes static in the space 24 near the axis, forming a toroid as a burning, highly heated mixture Sucked back vacuum, where it mixes with the radially flowing oil / atomizer gas flow 4 in the space 25, transfers some of its sensible heat to it and thus contributes to the evaporation of the oil mist.

Sofern das den Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Raum 25 bildende Gemisch selbst zündfähig ist, tritt die Flammenfront bis in den sich in Stromabrichtung progressiv erweiternden Düsenraum 10 innerhalb der Zerstäuberdüse 3 zurück, wodurch das den Öl/Zerstäubergasstrom 4 im Bereich der Hüllfläche des Düsenraums 10 bildende kompakte Gemisch hoch erhitzt wird. Durch die starke radiale Aufweitung des Öl/Zerstäubergasstroms 4 bis in den ringförmigen Mischabschnitt 21, wobei sich der Öl/Zerstäubergasstrom 4 aufgrund des COANDA-Effektes an die äußere Düsenoberfläche 27 anschmiegt, und durch die infolge der Verbrennung eintretende thermische Expansion des Gases ist eine Rekombination und Agglomeration von Öltröpfchen, die Anlaß zur Rußbildung geben könnten, unmöglich. Das Öl/Luftgemisch brennt in einem relativ kleinen Brennraumvolumen vollständig aus, unter Entwicklung hoher Temperaturen bis in die öldüsennahen Bereiche des Raums 24 statischen Unterdrucks bzw. des Düsenraums 10.Provided that the oil / atomizing gas stream 4 in the room 25 Mixture itself is ignitable, the flame front returns to the nozzle chamber 10, which progressively widens in the downstream direction, inside the atomizer nozzle 3, as a result of which the compact mixture forming the oil / atomizer gas stream 4 in the region of the envelope surface of the nozzle chamber 10 is heated up. The strong radial expansion of the oil / atomizer gas stream 4 into the annular mixing section 21, the oil / atomizer gas stream 4 nestling against the outer nozzle surface 27 due to the COANDA effect, and the thermal expansion of the gas which occurs as a result of the combustion is a recombination and agglomeration of oil droplets, which could give rise to soot, impossible. The oil / air mixture completely burns out in a relatively small combustion chamber volume, with the development of high temperatures down to the regions of the room 24 static negative pressure or the nozzle chamber 10 near the oil nozzle.

Der Ausbrand in einem kleinen Brennraumvolumen erlaubt den Einsatz des vorstehend beschriebenen Ölbrenners 1 für Hochgeschwindigkeitsbrenner und besonders für Flachflammenbrenner, für die bislang vornehmlich Gasbrenner verwendet werden, in solchen Ofenanlagen, bei denen aus verfahrenstechnischen Gründen die Flammenführung entlang der inneren Ofenwand oder Ofendecke erfolgt.The burn-out in a small combustion chamber volume allows the use of the oil burner 1 described above for high-speed burners and especially for flat-flame burners, for which gas burners have previously been used primarily, in those furnace systems in which, for procedural reasons, the flame is guided along the inner furnace wall or ceiling.

Die für die radiale Abströmung des Öl/Zerstäubergasstroms 4 geeignete Düsengestaltung des vorstehend beschriebenen Ölbrenners genügt den folgenden Kriterien:

  • starker Drall des Zerstäubergases bzw. der Primärluft um die Hauptströmungsachse 9 des Ölstrahls 8,
  • Möglichkeit zur freien Expansion der Zerstäubergasstrahlen, soweit ihr Druck nicht vollständig in Geschwindigkeit umgesetzt ist,
  • die Ausströmungsgeschwindigkeit des Öl/Zerstäubergasstroms 4 aus der Zerstäuberdüse 3 ist größer als die Zündgeschwindigkeit,
  • die Berührungsfläche zwischen dem Öl/Zerstäubergasstrom 4 und der inneren Hüllfläche des Düsenraums 10 ist möglichst klein,
  • ein feinerer Ölnebel und ein kompakterer Ausbrand werden erzielt, da die Drallrichtung des Ölstrahls 8 gegensinnig zur Drallrichtung des Zerstäubergases ist.
The nozzle design of the oil burner described above that is suitable for the radial outflow of the oil / atomizer gas stream 4 meets the following criteria:
  • strong swirl of the atomizing gas or the primary air around the main flow axis 9 of the oil jet 8,
  • Possibility of free expansion of the atomizing gas jets, provided that their pressure is not fully converted into speed,
  • the outflow speed of the oil / atomizer gas flow 4 from the atomizer nozzle 3 is greater than the ignition speed,
  • the contact area between the oil / atomizing gas stream 4 and the inner envelope surface of the nozzle chamber 10 is as small as possible,
  • a finer oil mist and a more compact burnout are achieved since the swirl direction of the oil jet 8 is opposite to the swirl direction of the atomizing gas.

In den Figuren 2 und 3 ist detailliert die Düsengestaltung des in Figur 1 dargestellten Ölbrenners 1 gezeigt. Die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle 11 ist kleiner als die engste Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 der Zerstäuberdüse 3. Da sich der Strömungsquerschnitt des Düsenraums 10 stromab vergrößert, wirkt ein evtl. noch vorhandener Restdruck der Zerstäubergasstrahlen beim Verlassen der Gasabstrahlkanäle 11 drallverstärkend. Dadurch liegt der Öl/Zerstäubergasstrom 4 an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 sicher an und verläßt den Düsenraum 10 unter einem Öffnungswinkel, der durch den Winkel Beta der Ausströmtangente 28 vorgegeben ist. Dieser Winkel Beta ist bei dieser Düsengestaltung in einem großen Bereich der Durchsatz- und der Gasdruckvariation weitgehend gleichbleibend. In Figur 5 ist die Abhängigkeit des Öffnungswinkels Alpha vom Vordruck des eintretenden Zerstäubergases dargestellt. Sieht man von dem Bereich < 0,2 bar ab, ist der Öffnungswinkel Alpha des abströmenden Öl/Zerstäubergasstroms 4 gleichbleibend bei zunehmendem Druck, bestimmt durch den Auslaufwinkel der Hüllfläche des Düsenraums 10 bzw. den Winkel Beta der Ausströmtangente 28. Das stromab der Zerstäuberdüse 3 verlaufende Strömungsprofil wird mit wachsendem Vordruck des Zerstäubergases konturenschärfer, die Einzelstrahlen des zuströmenden Zerstäubergases beginnen sich abzuzeichnen, die Hohlkalotte vor dem Mund der Zerstäuberdüse 3 wird ausgeprägter.FIGS. 2 and 3 show the nozzle design of the oil burner 1 shown in FIG. 1 in detail. The sum of the outlet surface cross sections of the gas emission channels 11 is smaller than the narrowest flow cross section area 17 of the nozzle chamber 10 of the atomizer nozzle 3. Since the flow cross section of the nozzle chamber 10 increases downstream, any residual pressure of the atomizer gas jets which is still present has a swirl-enhancing effect when it leaves the gas emission channels 11. As a result, the oil / atomizing gas stream 4 lies securely on the outer envelope surface of the nozzle chamber 10 and leaves the nozzle chamber 10 at an opening angle which is predetermined by the angle Beta of the outflow tangent 28. With this nozzle design, this angle beta is largely constant over a wide range of throughput and gas pressure variations. FIG. 5 shows the dependence of the opening angle alpha on the admission pressure of the atomizing gas entering. Apart from the range <0.2 bar, the opening angle alpha of the outflowing oil / atomizer gas flow 4 remains constant with increasing pressure, determined by the outlet angle of the envelope surface of the nozzle chamber 10 or the angle Beta of the outlet tangent 28. The downstream of the atomizer nozzle 3 The current flow profile becomes sharper with increasing pre-pressure of the atomizing gas, the individual jets of the incoming atomizing gas begin to emerge, the hollow cap in front of the mouth of the atomizing nozzle 3 becomes more pronounced.

Demgegenüber zeigt eine Zerstäuberdüse 3 mit dem in Figur 4 dargestellten Querschnitt ein unterschiedliches Verhalten bei verschiedenen Vordrücken des Zerstäubergases. Bei dieser Zerstäuberdüse 3 münden die Gasabstrahlkanäle 11 in eine Vorverwirbelungskammer 29, deren Austrittsfläche die engste Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 bildet, der sich stromab stetig linear erweitert. Der abströmende Öl/Zerstäubergasstrom 4 liegt bei niedrigen Vordrücken des Zerstäubergases stets an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 an und verläßt die Zerstäuberdüse 3 mit einem Öffnungswinkel, der demjenigen der Zerstäuberdüse 3 gleich ist.In contrast, an atomizer nozzle 3 with the cross section shown in FIG. 4 shows a different behavior at different admission pressures of the atomizer gas. In this atomizer nozzle 3, the gas-emitting channels 11 open into a pre-swirling chamber 29, the outlet surface of which forms the narrowest flow cross-sectional area 17 of the nozzle chamber 10, which is continuously expanded linearly downstream. The outflowing oil / atomizer gas flow 4 is always at the outer admission pressure of the atomizer gas on the outer envelope surface of the nozzle space 10 on and leaves the atomizer nozzle 3 with an opening angle that is the same as that of the atomizer nozzle 3.

Mit zunehmendem Vordruck des Zerstäubergases kann die Strömung des Gemisches in eine rein radiale Strömung mit einem Öffnungswinkel > 180 Grad umschlagen, die bei weiter wachsendem Vordruck des Zerstäubergases ihre Kontur solange nicht verändert, bis sie ab einem bestimmten Vordruck des Zerstäubergases in eine axial gerichtete Strömung umschlägt, wobei der sich einstellende Öffnungswinkel mit weiter zunehmendem Vordruck des Zerstäubergases kleiner wird. Wird dann der Vordruck des Zerstäubergases verkleinert, schlägt die Strömung wieder in eine radial gerichtete Strömung um, jedoch bei wesentlich niedrigerem Vordruck des Zerstäubergases als beim Umschlag von radialer Strömung in axiale Strömung. Diese Hysterese ist im Diagramm gemäß Figur 6 für zwei verschiedene Zerstäuberdüsen 3 dargestellt. Der Umschlagpunkt von radial in axial wird beeinflußt vom Gegen- oder Gleichsinn der Drallrichtung des Öls und des Zerstäubergases, nicht jedoch der Umschlagspunkt von axialer in radiale Strömung.With increasing admission pressure of the atomizing gas, the flow of the mixture can change into a purely radial flow with an opening angle> 180 degrees, which does not change its contour with increasing admission pressure of the atomizing gas until it changes into an axially directed flow from a certain admission gas pressure , whereby the opening angle that is set becomes smaller with increasing admission pressure of the atomizing gas. If the admission pressure of the atomizing gas is then reduced, the flow changes back into a radially directed flow, but at a significantly lower admission pressure of the atomizing gas than when the radial flow is changed into an axial flow. This hysteresis is shown in the diagram according to FIG. 6 for two different atomizing nozzles 3. The changeover point from radial to axial is influenced by the opposite or the same direction of the swirl direction of the oil and the atomizing gas, but not the changeover point from axial to radial flow.

Maßgeblich für das Anliegen des Öl/Zerstäubergasstroms 4 an der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 oder gar das Umschlagen zu noch größeren Öffnungswinkeln ist das Verhältnis zwischen der Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle 11 und der engsten Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10. Ist dieses Verhältnis 0,6 bis 0,8, ist eine stabile radiale Abströmung des Öl/Zerstäubergasstroms 4 in einem großen Variationsbereich des Vordrucks des Zerstäubergases zu erwarten. Ist das Verhältnis nahezu 1 oder gar größer als 1, löst sich die Abströmung schon bei geringen Vordrucken des Zerstäubergases von der äußeren Hüllfläche des Düsenraums 10 ab. Ist das Verhältnis < 0,5, ist ebenfalls keine stabile radiale Abströmung zu erwarten, weil dann der Einfluß des Ölstrahls aus der Öldüse 2 auf die Strömungskontur des Öl/Zerstäubergasstroms 4 abnimmt. Denn der Ölstrahl 8 weitet den Strahl des Öl/Zerstäubergasstroms 4 auf. Bei zu großer engster Strömungsquerschnittfläche 17 des Düsenraums 10 ist der Mischvorgang zwischen Ölstrahl 8 und Zerstäubergas beeinträchtigt. Impulsaustausch und Übertragung von Scherkräften sind dann reduziert. Um dann noch ein zumindest teilweise blau-violettes Flammenbild zu erzeugen, ist die Einspeisung größerer Zerstäubergasmengen erforderlich.Decisive for the presence of the oil / atomizer gas flow 4 on the outer envelope surface of the nozzle chamber 10 or even the change to even larger opening angles is the ratio between the sum of the outlet surface cross sections of the gas emission channels 11 and the narrowest flow cross-sectional area 17 of the nozzle chamber 10. If this ratio is 0.6 to 0.8, a stable radial outflow of the oil / atomizer gas flow 4 is to be expected in a large variation range of the admission pressure of the atomizer gas. If the ratio is almost 1 or even greater than 1, the outflow separates from the outer envelope surface of the nozzle space 10 even at low admission pressure of the atomizing gas. If the ratio is <0.5, a stable radial outflow is also not to be expected, because then the influence of the oil jet from the oil nozzle 2 on the flow contour of the oil / atomizer gas flow 4 decreases. This is because the oil jet 8 expands the jet of the oil / atomizing gas stream 4. If the narrowest flow cross-sectional area 17 of the nozzle chamber 10 is too large, the mixing process between the oil jet 8 and the atomizing gas is impaired. The exchange of impulses and transmission of shear forces are then reduced. In order to generate an at least partially blue-violet flame pattern, it is necessary to feed in larger quantities of atomizing gas.

Dies gilt besonders dann, wenn die Drallrichtung von Öl und Zerstäubergas gleich ist. Dann können die Zerstäubergasstrahlen den Ölstrahl 8 einhüllen und komprimieren, ohne ihn zu durchdringen. Intensive Koksbildung und -ablagerung im Raum vor der Zerstäuberdüse 3 sind dann die beobachtete Folge.This is especially true when the swirl direction of oil and atomizing gas is the same. Then the atomizing gas jets can envelop and compress the oil jet 8 without penetrating it. Intensive coke formation and deposition in the space in front of the atomizing nozzle 3 are then the observed consequence.

Welche Zerstäuberdüse 3 mit welchem Öffnungswinkel für einen optimalen Betrieb des Ölbrenners 1 gewählt werden sollte, ob die gemäß Figur 3 oder die gemäß Figur 4, hängt von der Art des Brennstoffs, vom Vordruck des verfügbaren Zerstäubergases, von der Geometrie der Brennkammer und von der gewünschten Flammenform ab.Which atomizer nozzle 3 with which opening angle should be selected for optimal operation of the oil burner 1, whether that according to FIG. 3 or that according to FIG. 4 depends on the type of fuel, on the admission pressure of the available atomizing gas, on the geometry of the combustion chamber and on the desired one Flame shape.

Eine Zerstäuberdüse 3 gemäß Figur 4 mit radialer Abströmung ist besonders für den Einsatz in Flachflammenbrennern geeignet. Sie liefert vollständigen Ausbrand auf kleinstmöglichem Raum. Die Flammenform ist dann optimal, wenn der Ölstrahl 8, die Zerstäubergasstrahlen und der Verbrennungsluftstrom 5 gleichsinnig verdrallt sind.An atomizer nozzle 3 according to FIG. 4 with a radial outflow is particularly suitable for use in flat-flame burners. It provides complete burnout in the smallest possible space. The flame shape is optimal when the oil jet 8, the atomizing gas jets and the combustion air stream 5 are twisted in the same direction.

Eine Zerstäuberdüse 3 gemäß Figur 3 ist dann optimal, wenn der Ölstrahl 8, die Zerstäubergasstrahlen und der Verbrennungsluftstrom 5 in einem weiten Leistungsbereich stetig variiert werden sollen.An atomizer nozzle 3 according to FIG. 3 is optimal if the oil jet 8, the atomizer gas jets and the combustion air stream 5 are to be varied continuously over a wide performance range.

Claims (13)

Ölbrenner mit einer Öldüse (2), die mittels einer Ölzufuhrleitung (6) mit Öl versorgbar und aus der ein Ölstrahl (8) abstrahlbar ist, einer Zerstäuberdüse (3), die stromab der Öldüse (2) angeordnet und mittels einer Gaszuleitung (14) mit verdichtetem Zerstäubergas versorgbar ist und in der ein sich in Öffnungsrichtung erweiternder Düsenraum (10) ausgebildet ist, in dem der Ölstrahl (8) und das Zerstäubergas durchmischbar und der entstehende Öl/Zerstäubergasstrom (4) mit einem Drall beaufschlagbar sind, und einem Brennerrohr (18), das die Öldüse (2) und die Zerstäuberdüse (3) koaxial umgibt, das mit seinem stromabwärtigen Endabschnitt über die Austrittsfläche (16) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) vorsteht und durch das der aus der Zerstäuberdüse (3) austretende durchmischte und verdrallte Öl/Zerstäubergasstrom mit einem Verbrennungsluftstrom (5) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zerstäuberdüse (3) Gasabstrahlkanäle (11) ausgebildet sind, die in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des aus der Öldüse (2) austretenden Ölstrahls (8) angeordnet sind und deren Längsachsen (12) einen Abstand (13) zur Hauptströmungs- bzw. Mittelachse (9) des Ölstrahls (8) aufweisen, und daß die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle (11) das 0,5- bis 0,9-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche (17) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) beträgt.Oil burner with an oil nozzle (2) which can be supplied with oil by means of an oil supply line (6) and from which an oil jet (8) can be emitted, an atomizer nozzle (3) which is arranged downstream of the oil nozzle (2) and by means of a gas supply line (14) can be supplied with compressed atomizing gas and in which a nozzle chamber (10) widening in the opening direction is formed, in which the oil jet (8) and the atomizing gas can be mixed and the resulting oil / atomizing gas flow (4) can be subjected to a swirl, and a burner tube ( 18), which coaxially surrounds the oil nozzle (2) and the atomizing nozzle (3), which projects with its downstream end section beyond the outlet surface (16) of the nozzle space (10) of the atomizing nozzle (3) and through which the atomizer nozzle (3) escaping mixed and swirled oil / atomizer gas stream can be acted upon with a combustion air stream (5), characterized in that in the atomizer nozzle (3) gas-emitting channels (11) a are formed, which are arranged in different directions perpendicular to the main flow direction of the oil jet (8) emerging from the oil nozzle (2) and whose longitudinal axes (12) are at a distance (13) from the main flow or central axis (9) of the oil jet (8) , and that the sum of the exit surface cross sections of the gas emission channels (11) is 0.5 to 0.9 times the narrowest flow cross section area (17) of the nozzle space (10) of the atomizing nozzle (3). Ölbrenner nach Anspruch 1, bei dem die Summe der Austrittsflächenquerschnitte der Gasabstrahlkanäle (11) ca. das 0,7-fache der engsten Strömungsquerschnittfläche (17) des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) beträgt.The oil burner of claim 1, wherein the sum of the exit area cross sections the gas discharge channels (11) is approximately 0.7 times the narrowest flow cross-sectional area (17) of the nozzle space (10) of the atomizer nozzle (3). Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ölstrahl (8) in der Öldüse (2) mit einem Drall beaufschlagt wird.Oil burner according to claim 1 or 2, wherein the oil jet (8) in the oil nozzle (2) is subjected to a swirl. Ölbrenner nach Anspruch 3, bei dem der in der Öldüse (2) bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.The oil burner according to claim 3, wherein the swirl caused in the oil nozzle (2) is in the same direction as the swirl caused in the atomizing nozzle (3). Ölbrenner nach Anspruch 3, bei dem der in der Öldüse (2) bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.The oil burner according to claim 3, wherein the swirl caused in the oil nozzle (2) is opposite to the swirl caused in the atomizing nozzle (3). Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Brennerrohr (18) eine Drallscheibe (20) angeordnet ist, mittels der der zugeführte Verbrennungsluftstrom (5) mit einem Drall beaufschlagbar ist.Oil burner according to one of claims 1 to 5, in which a swirl disk (20) is arranged in the burner tube (18), by means of which the supplied combustion air flow (5) can be subjected to a swirl. Ölbrenner nach Anspruch 6, bei dem der mittels der Drallscheibe (20) bewirkte Drall gleichsinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.Oil burner according to Claim 6, in which the swirl caused by the swirl disk (20) is in the same direction as the swirl caused in the atomizing nozzle (3). Ölbrenner nach Anspruch 6, bei dem der mittels der Drallscheibe (20) bewirkte Drall gegensinnig zu dem in der Zerstäuberdüse (3) bewirkten Drall ist.Oil burner according to claim 6, wherein the swirl caused by the swirl disk (20) is opposite to the swirl caused in the atomizing nozzle (3). Ölbrenner nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem stromab der Drallscheibe (20) und stromauf eines Mischabschnitts (21), in dem der Verbrennungsluftstrom (5) auf den Öl/Zerstäubergasstrom (4) trifft, eine die Zerstäuberdüse (3) koaxial umgebende Trennscheibe (22) angeordnet ist, mittels der der für den Verbrennungsluftstrom (4) zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt reduziert ist.Oil burner according to one of claims 6 to 8, in which downstream of the swirl disk (20) and upstream of a mixing section (21) in which the combustion air stream (5) meets the oil / atomizer gas stream (4), a coaxially surrounding the atomizer nozzle (3) Cutting disc (22) is arranged, by means of which the flow cross-section available for the combustion air flow (4) is reduced. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in der Zerstäuberdüse (3) stromauf derer engsten Strömungsquerschnittfläche (17) eine Vorverwirbelungskammer (29) ausgebildet ist.Oil burner according to one of Claims 1 to 9, in which a pre-swirl chamber (29) is formed in the atomizer nozzle (3) upstream of its narrowest flow cross-sectional area (17). Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem sich der Durchmesser des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche (17) linear vergrößert.Oil burner according to one of Claims 1 to 10, in which the diameter of the nozzle space (10) of the atomizing nozzle (3) increases linearly downstream of its narrowest flow cross-sectional area (17). Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem sich der Durchmesser des Düsenraums (10) der Zerstäuberdüse (3) stromab seiner engsten Strömungsquerschnittfläche (17) progressiv vergrößert.Oil burner according to one of Claims 1 to 10, in which the diameter of the nozzle space (10) of the atomizing nozzle (3) progressively increases downstream of its narrowest flow cross-sectional area (17). Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Zerstäuberdüse (3) als separates Bauteil ausgebildet und mittels der Öldüse (2) unter Federspannung gegen einen für sie an einem Brennerkopf des Ölbrenners (1) vorgesehenen Sitz anpreßbar ist.Oil burner according to one of Claims 1 to 12, in which the atomizer nozzle (3) is designed as a separate component and can be pressed by means of the oil nozzle (2) under spring tension against a seat provided for it on a burner head of the oil burner (1).
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