EP0628768A1 - Drehofenbrenner - Google Patents
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- EP0628768A1 EP0628768A1 EP94107023A EP94107023A EP0628768A1 EP 0628768 A1 EP0628768 A1 EP 0628768A1 EP 94107023 A EP94107023 A EP 94107023A EP 94107023 A EP94107023 A EP 94107023A EP 0628768 A1 EP0628768 A1 EP 0628768A1
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- nozzle disk
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00018—Means for protecting parts of the burner, e.g. ceramic lining outside of the flame tube
Definitions
- the invention relates to a burner for a rotary kiln, with an annularly arranged channel for the pneumatic transport of fine-grained solid fuel (coal dust) and with a few stars a concentrically arranged further channel, at the mouth of which an annular nozzle disk is fastened with a plurality of nozzles distributed around the circumference. through which primary air exits at increased speed.
- Rotary kiln burners of this type are usually designed as so-called three-channel burners (US Pat. No. 4,428,727), ie the pneumatically transported coal dust flows through the central burner channel and it exits through an annular gap nozzle, the coal dust flowing out being surrounded by radially inner as well as radially outer primary air.
- the radially outer primary air also known as jet air, is divided by means of a plurality of individual nozzles arranged in the annular jet air duct into many individual high-speed primary air jets which create a negative pressure area in their environment, i.e.
- the many high-speed primary air jets serve as propulsion jets according to the injector principle , through which the large mass of the practically still hot secondary air surrounding the rotary kiln burner is sucked in from approx. 800 ° C inwards towards the core of the burner flame, where the hot secondary air is intensively mixed with the coal dust escaping through the annular gap nozzle this way burns quickly and completely to form a short hot flame, as is required in the sintering zone of a rotary kiln for sintering the calcined cement raw material to cement clinker.
- hot secondary air e.g. approx. 95% by volume
- the least possible cold primary air e.g. approx. 5% by volume
- the jet air nozzles are fastened in an annular nozzle disk which is welded to the end opening of the outer burner support tube (jet air tube).
- Replacing such a nozzle disk is time-consuming inasmuch as the front area of the refractory jacket of the burner and part of the burner support tube have to be removed, and after replacing the nozzle disk the refractory jacket to be applied must dry out well before the burner is put back into operation.
- the radially inner end face of the nozzle disk must be securely sealed against the annularly shaped coal dust nozzle of the coal dust duct so that the functionality of the burner is not endangered.
- the invention has for its object to provide a rotary kiln of the type mentioned, with a jet disk closing the jet disc, which can be easily replaced without destroying / renewing the refractory material of the burner support tube and whose jet air nozzles are conveniently and reliably adjustable or replaceable.
- the ring-shaped nozzle disc that closes the jet air duct with the jet air nozzles is not directly on the burner support tube (jet air tube), for. B. attached by welding, but the nozzle disc is fitted leaving the end-face annular expansion joints in the jet air duct and releasably and interchangeably attached to spacers accessible from the burner mouth front, which are fastened to maintain the concentricity of the jet air pipe and fuel pipe in the jet air duct.
- the spacers between the jet air pipe and the fuel pipe can consist of a one-part or multi-part ring which is arranged in the jet air duct as seen from the burner mouth at a distance behind the nozzle disk.
- the spacer ring has a plurality of openings, windows etc. distributed around the circumference for the passage of the jet air flow to the nozzles of the nozzle disk.
- the nozzle disk can be pressed against the spacer ring via a radially inner sealing ring and via a radially outer sealing ring, and the fastening means for releasably fastening the nozzle disk ring to the spacer ring and for tightening the seals are screw bolts distributed around the circumference of the ring, the axes of which are parallel to the burner axis lie. Jet bolts flow around the bolts and their threads so that they can withstand thermal loads.
- the nozzle disk can be easily detached from the spacer ring and thus the nozzle disk can be replaced quickly and easily, without having to destroy / replace the refractory casing of the burner support tube.
- the sealing rings between the nozzle disk and the spacer ring the jet air of the jet air channel is prevented from emerging radially or laterally from the jet air channel in an undesirable manner.
- the nozzles of the ring-shaped nozzle disk consist of cylindrical nozzle bodies which can be rotated without threads in corresponding bores arranged over the circumference of the nozzle disk, but can each be axially fixed by means of a circumferential ring groove.
- the jet air nozzles can be safely installed in the nozzle disc from the front of the burner and also interchangeable and rotatable into the desired position in order to be able to set a specific deflection angle or divergence angle of the jet air jets with respect to the longitudinal axis of the burner, possibly with a swirl flow component superimposed.
- the rotary kiln burner of FIG. 1 has an annular channel (10) for the pneumatic transport of fine-grained coal dust, enclosed by the fuel pipe (11).
- the coal dust primary air suspension (12) occurs at a speed of z. B. 28 m / s from an annular gap nozzle (13), which diverges with a small angle to the outside.
- a ring channel (14) is arranged concentrically around the coal dust channel (10), through which primary air flows, which flows at high speed, e.g. B. 140 to 420 m / s in the form of jet streams (15) emerges from individual burner nozzles (16) distributed around the circumference of the burner mouth.
- the primary air flowing in the ring channel (14), encompassed by the burner support tube (17), is also called jet air.
- the high-speed jet air jets (15) or high-speed driving jets are able to remove as much hot secondary air (18) as possible from the rotary kiln burner.
- the rotary kiln burner is protected from thermal overload by a casing (19) made of fire test material, shown only in the upper half of the drawing in FIG. 1.
- a further primary air duct (20) can be arranged concentrically within the coal dust duct (10) and can be equipped with a swirl generator (21) at its mouth. In the center of the burner there is also a tube (22) into which a central pilot burner can be inserted.
- the distributed around the circumference jet air nozzles (16) are arranged in an annular nozzle disc (23), which is not welded to the burner mouth on the support tube (17), but which is fitted into the annular jet air duct (14) while leaving the annular gap expansion joints at the front and over Fastening means accessible from the front of the burner orifice, in FIG. 1 releasably and interchangeably fastened via the screw bolts (24) to spacers which are fastened in the jet air duct (14) in order to maintain the concentricity of the burner support tube (17) or jet air tube and fuel tube (11) .
- the spacers between the jet air pipe (17) and the fuel pipe (11) consist of a two-part or three-part ring (26) screwed together with screws (25), which is seen in the jet air duct (14) from the combustion mouth is arranged a short distance behind the nozzle disk (23).
- the heads of the screw bolts (24) which are located in the burner area cooled by the jet air, are protected in the recesses in the end face of the nozzle disk (23).
- the nozzle disk (23) can be pressed against the spacer ring (26) via a radially inner sealing ring (27) and via a radially outer sealing ring (28), so that a perfect one Sealing of the jet air duct (14) is guaranteed.
- the spacer ring (26) z. B. in circumferential areas between the bolts (24) has a plurality of openings or windows (29) etc. distributed around the circumference for the passage of the jet air flow to the nozzles (16) of the nozzle disk (23).
- the jet air nozzles (16) of the annular nozzle disk (23) consist of cylindrical nozzle bodies which can be rotated without threads in corresponding bores distributed over the circumference of the nozzle disk, but can be axially fixed by means of a circumferential annular groove (30) by inserting a pin. To remove a jet air nozzle (16), it is rotated until a longitudinal groove (31) reaches the area of the holding pin, after which the nozzle (16) can be pulled outwards. Depending on the rotational position of the jet air nozzle (16), the nozzle bore (32) can be changed with regard to its divergence from the longitudinal axis of the burner and, if applicable, its swirl flow component.
- the rotatable jet air nozzle (16) with a circumferential ring groove (30) can be fixed via a pin (33) which is accessible from the burner mouth and whose axis lies parallel to the longitudinal axis of the burner.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Kanal zum pneumatischen Transport Von feinkörnigem Festbrennstoff (Kohlenstaub) und mit Wenigstern einem konzentrisch dazu angeordneten weiteren Kanal, an dessen Ausmündung eine ringförmige Düsenscheibe befestigt ist mit mehreren um den Umfang verteilt angeordneten Düsen, durch welche Primärluft mit erhöhter Geschwindigkeit austritt.
- Drehofenbrenner dieser Art sind meist als sogenannte Dreikanalbrenner ausgebildet (US-PS 4,428,727), d. h. durch den mittleren Brennerkanal strömt der pneumatisch transportierte Kohlenstaub und er tritt durch eine Ringspaltdüse aus, wobei der ausströmende Kohlenstaub von radial innerer als auch von radial äußerer Primärluft umgeben ist. Beim bekannten Kohlenstaubbrenner wird die radial äußere Primärluft, auch Jetluft genannt, mittels einer Vielzahl im ringförmigen Jetluftkanal angeordneter einzelner Düsen in viele einzelne Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen unterteilt, die in ihrer Umgebung ein Unterdruckgebiet erzeugen, d. h. die vielen Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen dienen als Treibstrahlen nach dem Injektorprinzip, durch welches die große Masse der den Drehofenbrenner umgebenden, praktisch ruhenden heißen Sekundärluft von ca. 800 °C nach innen in Richtung zum Kern der Brennerflamme eingesaugt wird, wo eine intensive Durchmischung der heißen Sekundärluft mit dem durch die Ringspaltdüse austretenden Kohlenstaub stattfindet, der auf diese Weise schnell und vollständig unter Ausbildung einer kurzen heißen Flamme verbrennt, wie sie in der Sinterzone eines Drehrohrofens zur Sinterung des kalzinierten Zementrohmehles zu Zementklinker erforderlich ist. Auf diese Weise gelingt es, mit möglichst wenig kalter Primärluft (z. B. ca. 5 Vol.-%) möglichst viel heiße Sekundärluft (z. B. ca. 95 Vol.-%) in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzusaugen.
- Beim bekannten Brenner sind die Jetluftdüsen in einer ringförmigen Düsenscheibe befestigt, die an das stirnseitige Ausmündungsende des äußeren Brennertragrohres (Jetluftrohres) angeschweißt ist. Das Auswechseln einer solchen Düsenscheibe ist insofern zeitaufwendig, als der vordere Bereich der Feuerfestmaterial-Ummantelung des Brenners und ein Teil des Brennertragrohres entfernt werden müssen, wobei nach dem Auswechseln der Düsenscheibe die neu aufzubringende Feuerfestmaterial-Ummantelung vor Wiederinbetriebnahme des Brenners gut austrocknen muß. Gleichzeitig muß die radial innere Stirnseite der Düsenscheibe gegen die ringspaltförmige Kohlenstaubdüse des Kohlenstaubkanals sicher abgedichtet sein, damit die Funktionstüchtigkeit des Brenners nicht gefährdet ist. Bevor die gesamte Düsenscheibe samt Düsen ausgewechselt wird, besteht außerdem oft Bedarf, nur eine oder mehrere der in der Düsenscheibe befestigten Jetluftdüsen zu verstellen oder auszuwechseln, was aber Schwierigkeiten macht, wenn die Jetluftdüsen in die Düsenscheibe eingeschraubt sind, weil das Gewinde in der thermisch höchstbeanspruchten Zone des Brenners liegt und daher nur eine zeitlich begrenzte Funktionstüchtigkeit aufweist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehofenbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, mit einer dem Jetluftkanal abschließenden Düsenscheibe, die ohne Zerstörung/Erneuerung des Feuerfestmateriales des Brennertragrohres einfach auswechselbar ist und deren Jetluftdüsen bequem und betriebssicher verstellbar bzw. auswechselbar sind.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner ist die den Jetluftkanal abschließende ringförmige Düsenscheibe mit den Jetluftdüsen nicht unmittelbar am Brennertragrohr (Jetluftrohr) z. B. durch Anschweißung befestigt, sondern die Düsenscheibe ist unter Belassung stirnseitiger ringspaltförmiger Dehnungsfugen in den Jetluftkanal eingepaßt und über von der Brennermündungsfront her zugängliche Befestigungsmittel lösbar und auswechselbar an Abstandshaltern befestigt, die zum Erhalt der Konzentrizität von Jetluftrohr und Brennstoffrohr im Jetluftkanal befestigt sind. Die Abstandshalter zwischen Jetluftrohr und Brennstoffrohr können aus einem ein- oder mehrteiligen Ring bestehen, der im Jetluftkanal von der Brennermündung aus gesehen mit Abstand hinter der Düsenscheibe angeordnet ist. Der Abstandshaltering weist mehrere um den Umfang verteilte Öffnungen, Fenster etc. zum Durchlaß der Jetluftströmung zu den Düsen der Düsenscheibe auf. Mit besonderem Vorteil kann die Düsenscheibe über einen radial inneren Dichtungsring und über einen radial äußeren Dichtungsring an den Abstandshaltering drückbar sein, und die Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung des Düsenscheibenrings am Abstandshaltering sowie zum Anspannen der Dichtungen sind um den Ringumfang verteilte Schraubenbolzen, deren Achsen parallel zur Brennerachse liegen. Die Schraubenbolzen sowie deren Gewinde werden von der Jetluft umströmt, so daß sie der thermischen Belastung standhalten. Jedenfalls ist nach Lösen der Schraubenbolzen von der Brennermündungsseite her ein einfaches Loslösen der Düsenscheibe vom Abstandshaltering und damit ein einfaches und schnelles Auswechseln der Düsenscheibe möglich, ohne die Feuerfestmaterial-Ummantelung des Brennertragrohres dabei zerstören/erneuern zu müssen. Infolge der Dichtungsringe zwischen der Düsenscheibe und dem Abstandshaltering ist die Jetluft des Jetluftkanals gehindert, in unerwünschter Weise radial bzw. seitlich aus dem Jetluftkanal auszutreten.
- Die Düsen der ringförmigen Düsenscheibe bestehen aus zylindrischen Düsenkörpern, die ohne Gewinde jeweils in entsprechenden über den Düsenscheibenumfang verteilt angeordneten Bohrungen verdrehbar, jedoch jeweils vermittels einer Umfangsringnut axial fixierbar sind. Auf diese Weise sind die Jetluftdüsen von der Brennerstirnseite her betriebssicher in die Düsenscheibe einbaubar und auch auswechselbar und in die gewünschte Stellung drehbar, um einen bestimmten Ablenkungswinkel bzw. Divergenzwinkel der Jetluftstrahlen gegenüber der Brennerlängsachse einstellen zu können, ggf. mit Überlagerung einer Drallströmungskomponente.
- Die Erfindung und deren weiteren Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
- Es zeigt
- Fig. 1:
- einen Axiallängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehofenbrenner, wobei der Schnitt in der oberen Figurenhälfte durch eine Jetluftdüse und in der unteren Figurenhälfte durch eine Brennermündungsstelle zwischen zwei benachbarten Jetluftdüsen gelegt ist,
- Fig. 2:
- ausschnittsweise die Brennermündung mit einer Variante einer Jetluftdüse, und
- Fig. 3:
- ausschnittsweise die Mündung eines Drehofenbrenners mit einer Düsenscheibe, in der außer Jetluftdüsen auch noch Brenngasdüsen eingesetzt sind.
- Der Drehofenbrenner der Fig. 1 weist einen ringförmigen Kanal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Kohlenstaub auf, eingefaßt vom Brennstoffrohr (11). Die Kohlenstaub-Primärluft-Suspension (12) tritt mit einer Geschwindigkeit von z. B. 28 m/s aus einer Ringspaltdüse (13) aus, die mit einem kleinen Winkel nach außen divergiert. Konzentrisch um den Kohlenstaubkanal (10) ist ein Ringkanal (14) angeordnet, durch den Primärluft strömt, die mit hoher Geschwindigkeit von z. B. 140 bis 420 m/s in Form von Düsenstrahlen (15) aus einzelnen um den Umfang der Brennermündung verteilt angeordneten Brennerdüsen (16) austritt. Die im Ringkanal (14) strömende Primärluft, umfaßt vom Brennertragrohr (17), wird auch Jetluft genannt. Die Hochgeschwindigkeits-Jetluftstrahlen (15) bzw. Treibstrahlen hoher Geschwindigkeit sind in der Lage, möglichst viel den Drehofenbrenner umgebende heiße Sekundärluft (18) von z. B. 800 °C in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzusaugen. Auf seiner Außenseite ist der Drehofenbrenner durch eine Ummantelung (19) aus Feuertestmaterial, in der Fig. 1 nur in der oberen Zeichnungshälfte gezeigt, vor thermischer Überbeanspruchung geschützt. Konzentrisch innerhalb des Kohlenstaubkanals (10) kann ein weiterer Primärluftkanal (20) angeordnet sein, der an seiner Ausmündung mit einem Drallerzeuger (21) ausgestattet sein kann. Im Zentrum des Brenners ist noch ein Rohr (22) angeordnet, in welches ein zentraler Zündbrenner einsetzbar ist.
- Die um den Umfang verteilten Jetluftdüsen (16) sind in einer ringförmigen Düsenscheibe (23) angeordnet, die an der Brennermündung nicht am Tragrohr (17) angeschweißt ist, sondern die unter Belassung stirnseitiger ringspaltförmiger Dehnungsfugen in den ringförmigen Jetluftkanal (14) eingepaßt ist und über von der Brennermündungsfront her zugängliche Befestigungsmittel, in Fig. 1 über die Schraubenbolzen (24) lösbar und auswechselbar an Abstandshaltern befestigt ist, die zum Erhalt der Konzentrizität von Brennertragrohr (17) bzw. Jetluftrohr und Brennstoffrohr (11) im Jetluftkanal (14) befestigt sind. Nach den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 bestehen die Abstandshalter zwischen Jetluftrohr (17) und Brennstoffrohr (11) aus einem zweiteiligen bzw. dreiteiligen mit Schrauben (25) zusammengeschraubten Ring (26), der im Jetluftkanal (14) von der Brennmündung aus gesehen mit geringem Abstand hinter der Düsenscheibe (23) angeordnet ist. Dadurch, daß die Düsenscheibe (23) unter Einhaltung von ringspaltförmigen Dehnungsfugen in den ringförmigen Jetluftkanal (14) eingepaßt ist, ist ein Verklemmen der Düsenscheibe (23) bei deren Ein- und Ausbau vermieden. Die Köpfe der Schraubenbolzen (24), die in dem von der Jetluft gekühlten Brennerbereich liegen, sind geschützt in stirnseitigen Ausnehmungen der Düsenscheibe (23) untergebracht. Beim Anziehen der Schraubenbolzen (24) ist die Düsenscheibe (23) über einen radial inneren Dichtungsring (27) sowie über einen radial äußeren Dichtungsring (28) an den Abstandshaltering (26) drückbar, so daß eine einwandfreie Abdichtung des Jetluftkanals (14) gewährleistet ist. Aus Fig. 1 geht noch hervor, daß der Abstandshaltering (26) z. B. in Umfangsbereichen zwischen den Schraubenbolzen (24) mehrere um den Umfang verteilte Öffnungen bzw. Fenster (29) etc. zum Durchlaß der Jetluftströmung zu den Düsen (16) der Düsenscheibe (23) aufweist.
- Die Jetluftdüsen (16) der ringförmigen Düsenscheibe (23) bestehen aus zylindrischen Düsenkörpern, die ohne Gewinde jeweils in entsprechenden über den Düsenscheibenumfang verteilt angeordneten Bohrungen verdrehbar, jedoch jeweils vermittels einer Umfangsringnut (30) durch Einsetzen eines Stiftes axial fixierbar sind. Zum Ausbau einer Jetluftdüse (16) wird diese solange gedreht, bis eine Längsnut (31) in den Bereich des Haltestiftes gelangt, wonach die Düse (16) nach außen ausziehbar ist. Je nach Drehstellung der Jetluftdüse (16) kann die Düsenbohrung (32) hinsichtlich ihrer Divergenz von der Brennerlängsachse sowie ggf. ihrer Drallströmungskomponente verändert werden.
- Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die verdrehbare Jetluftdüse (16) mit Umfangsringnut (30) über einen Stift (33) Fixierbar, der von der Brennermündung her zugänglich ist und dessen Achse parallel zur Brennerlängsachse liegt.
- Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist zu sehen, daß in der ringförmigen Düsenscheibe (23) außen an der Peripherie die auswechselbar und verstellbar angeordneten Jetluftdüsen (16) angeordnet sind, während radial weiter innen ebenfalls um den Umfang verteilte Brenngasdüsen (34) als zusätzliche Brennstoffdüsen angeordnet sein können.
Claims (5)
- Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Kanal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff (Kohlenstaub) und mit wenigstens einem konzentrisch dazu angeordneten weiteren Kanal (14), an dessen Ausmündung eine ringförmige Düsenscheibe (23) befestigt ist mit mehreren um den Umfang verteilt angeordneten Düsen (16), durch welche Primärluft (Jetluft) mit erhöhter Geschwindigkeit austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenscheibe (23) unter Belassung stirnseitiger ringspaltförmiger Dehnungsfugen in den ringförmigen Jetluftkanal (14) eingepaßt ist und über von der Brennermündungsfront her zugängliche Befestigungsmittel (24) lösbar und auswechselbar an Abstandshaltern (26) befestigt ist, die zum Erhalt der Konzentrizität von Jetluftrohr (17) und Brennstoffrohr (11) im Jetluftkanal (14) befestigt sind.
- Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter zwischen Jetluftrohr (17) und Brennstoffrohr (11) aus einem ein- oder mehrteiligen Ring (26) bestehen, der im Jetluftkanal (14) von der Brennermündung aus gesehen mit geringem Abstand hinter der Düsenscheibe (23) angeordnet ist.
- Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshaltering (23) mehrere um den Umfang verteilte Öffnungen, Fenster (29) etc. zum Durchlaß der Jetluftströmung zu den Düsen (16) der Düsenscheibe (23) aufweist.
- Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenscheibe (23) über einen radial inneren Dichtungsring (27) und über einen radial äußeren Dichtungsring (28) an den Abstandshaltering (26) drückbar ist, und daß die Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung des Düsenscheibenrings am Abstandshaltering um den Ringumfang verteilte Schraubenbolzen (24) sind, deren Achsen parallel zur Brennerachse liegen.
- Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (16) der ringförmigen Düsenscheibe (23) aus zylindrischen Düsenkörpern bestehen, die ohne Gewinde jeweils in entsprechenden über den Düsenscheibenumfang verteilt angeordneten Bohrungen verdrehbar, jedoch jeweils vermittels einer Umfangsringnut (30) axial Fixierbar sind.
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