IT9009352A1

IT9009352A1 - Atomizzatore perfezionato per combustibili liquidi viscosi

Info

Publication number: IT9009352A1
Application number: IT009352A
Authority: IT
Inventors: Michele Gennaro De; Mario Graziadio
Original assignee: Ente Naz Per L En Elettrica
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1991-09-27
Also published as: EP0449788A3; US5143297A; DE69101869D1; DE69101869T2; EP0449788B1; IT9009352A0; EP0449788A2; ES2054476T3; IT1238699B

Description

"ATOMIZZATORE PERFEZIONATO PER COMBUSTIBILI LIQUIDI VISCOSI"

RIASSUNTO

Atomizzatore per combustibili viscosi formati da una prima ed una seconda camera di miscelazione disposte lungo uno stesso asse longitudinale, di cui la seconda è formata da una porzione cilindrica e due porzioni troncoconiche consecutive sulle cui pareti coniche sono ricavate due file di orifizi per l'immissione del combustibile atomizzato nella camera di combustione. Gli orifizi sono disposti secondo due circonferenze e presentano assi ortogonali alle pareti coniche su cui sono ricavati, assi che si incontrano all'interno della seconda camera di miscelazione in un punto sull'asse longitudinale. Gli orifizi sono disposti equispaziati angolarmente ed allineati radialmente. L'angolo tra gli assi di due orifizi simmetrici rispetto all'asse longitudinale della fila più esterna è compreso tra 80° e 120°, mentre la differenza tra questo angolo ed il corrispondente angolo formato dagli assi di due orifizi simmetrici della fila interna è non minore di 20°.

La presente invenzione ha per oggetto un atomizzatore perfezionato per combustibili liquidi viscosi. Più in particolare, l'invenzione si riferisce ad un atomizzatore adatto all'installazione su bruciatori per combustibili liquidi ad alta viscosità o per miscele combustibili bifase quali, per esempio, olio combustibile-carbone o acqua-carbone, anch'esse di elevata viscosità e, in entrambi i casi, in presenza di un fluido atomizzatore quale aria o vapore.

Un atomizzatore di tipo noto per applicazioni quale quella summenzionata è formato da due miscelatori coassiali in serie comprendenti ciascuno una propria camera di miscelazione. La camera di miscelazione del primo miscelatore è sostanzialmente un condotto cilindrico con due ingressi, uno assiale per il combustibile ed uno laterale per il fluido atomizzatore. Questa camera di miscelazione si immette direttamente nella camera di miscelazione del secondo miscelatore la quale presenta un diametro maggiore della precedente e termina con una porzione troncoconica sulla quale è ricavata una fila di orifizi di uscita per il combustibile atomizzato, detti orifizi essendo disposti lungo una circonferenza e con assi perpendicolari alla parete conica della seconda camera di miscelazione e convergenti tutti in un punto situato internamente ad essa lungo l'asse longitudinale dell'atomizzatore. Grazie alle particolari relazioni esistenti tra le dimensioni delle varie parti dell'atomizzatore sopra descritto, si ottiene una atomizzazione ottimale del combustibile iniettato nella camera di combustione. Un atomizzatore come quello sopra descritto è illustrato nel brevetto U.S.A. n. 4708293 a nome dello stesso richiedente.

Il controllo della produzione di ossidi d'azoto in questo come in altri tipi di atomizzatori noti non è però considerato ottimale.

E' stata a tale proposito messa in evidenza l'importanza della interferenza dei vari getti di combustibile atomizzato iniettati nella camera di combustione sull'aumento della produzione di ossidi d'azoto. I getti, infatti, interferendo tra loro, danno origine ad un'unica fiamma significativa la quale ha una superficie utile per l'irraggiamento ridotta in confronto al proprio volume, con conseguente aumento della temperatura di fiamma e parallelo aumento degli ossidi di azoto prodotti.

Per limitare questo inconveniente, è stata proposta una particolare disposizione degli orifizi di iniezione del combustibile atomizzato nella camera di combustione che, evitando l'interferenza tra i getti, produce tante piccole fiamme separate aumentando considerevolmente la superficie di irraggiamento rispetto al volume totale di fiamma con riduzione della temperatura della fiamma e conseguente minor produzione di ossidi di azoto. In particolare, l'angolo formato dall'asse di iniezione degli orifizi con l'asse longitudinale dell'atomizzatore cresce all'allontanarsi degli orifizi da tale asse longitudinale ed inoltre gli orifizi possono essere disposti su più file circolari concentriche equispaziati angolarmente lungo ciascuna fila ma sfalsati radialmente tra una fila e quella adiacente, in modo che la combustione di ciascun getto avvenga in modo del tutto indipendente da quella dei getti vicini.

Lo scopo generale della presente invenzione è quello di eliminare, o quantomeno limitare, la produzione di ossidi d'azoto nel processo di combustione di combustibili liquidi viscosi iniettati attraverso gli atomizzatori di tipo tradizionale.

Uno scopo particolare della presente invenzione è di fornire un atomizzatore per combustibili liquidi viscosi del tipo summenzionato in cui, con una particolare disposizione degli orifizi di iniezione del combustibile atomizzato nella camera di combustione, si riesca ad ottenere un miglior controllo della produzione di ossidi d'azoto rispetto a quanto fino ad oggi realizzato.

L'atomizzatore secondo la presente invenzione è del tipo a doppia camera di miscelazione, come sopra descritto, e si basa sul fatto che il combustibile atomizzato viene diviso in due zone concentriche, delle quali quella più esterna incontra l'aria di combustione e brucia sottraendo ossigeno alla zona più interna, nella quale, proprio per il difetto di ossigeno, la produzione degli ossidi d'azoto viene depressa. In pratica, le due zone sono composte ciascuna dall'intersezione di diversi getti di combustibile ciascuno originato da un orifizio di uscita dell'atomizzatore.

Per ottenere tale risultato, nell'atomizzatore secondo l'invenzione, gli orifizi di iniezione del combustibile previsti sulla parete della seconda camera di miscelazione sono disposti lungo due file concentriche equispaziati angolarmente su ciascuna fila ed allineati radialmente. Gli assi degli orifizi intersecano l'asse longitudinale dell'atomizzatore in uno stesso punto interno alla seconda camera di miscelazione. Inoltre la differenza tra gli angoli formati da due coppie di orifizi allineati radialmente appartenenti all 'una ed all'altra fila rispettivamente essendo non minore di 20°.

Inquesto modo, i getti provenienti da orifizi adiacenti ed allineati radialmente sono ben separati l'uno dall'altro, per cui quello più esterno può bruciare completamente e sottrarre più ossigeno all'orifizio interno .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dello atomizzatore per combustibili liquidi viscosi secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 è una vista in sezione dell'atomizzatore secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una vista frontale dell'atomizzatore di figura 1.

Con riferimento alle figure suddette, si è indicato con 1 l'atomizzatore secondo la presente invenzione il quale comprende una sezione di alimentazione 2 per il combustibile liquido ed il fluido di atomizzazione sostanzialmente formata da un condotto tubolare centrale 3 per il combustibile CO e da un condotto tubolare laterale 4 concentrico al precedente per il fluido atomizzatore FA, in genere aria. L'atomizzatore comprende inoltre un primo miscelatore 8, a valle della sezione di alimentazione, in cui è ricavata una camera di miscelazione 9 di forma tubolare allineata assialmente con il condotto centrale 3 lungo l'asse longitudinale dell'atomizzatore, indicato con X-X. La camera di miscelazione 9 comunica con il condotto 4 del fluido atomizzatore tramite una pluralità di canali 10 ricavati nel corpo del primo miscelatore 8 e convergenti verso un medesimo punto dell'asse longitudinale dell'atomizzatore interno alla camera 9.

L'atomizzatore comprende inoltre un secondo miscelatore 11 a valle del primo miscelatore 8 lungo l'asse longitudinale dell'atomizzatore, il quale delimita una seconda camera di miscelazione 12 direttamente comunicante con la prima camera di miscelazione 9 con la quale è coassiale. Il primo miscelatore 8 ed il secondo miscelatore 11 sono entrambi connessi alla sezione di alimentazione 2 per mezzo di una ghiera filettata 7 che si impegna su una corrispondente porzione filettata ricavata sulla superficie esterna del condotto 4 per il fluido atomizzatore .

Secondo l'invenzione, la seconda camera di miscelazione 12 è formata da una porzione cilindrica e da due porzioni troncoconiche consecutive coassiali, sulla superficie conica delle quali sono ricavate due corone di orifizi 14 e 15 per l'immissione del combustibile completamente atomizzato nella camera di combustione. Su ciascuna corona gli orifizi 14 e 15 sono equispaziati angolarmente, mentre gli orifizi della due corone sono a due a due allineati radialmente. Gli assi Y e Z rispettivamente degli orifizi 14 e 15 si incontrano tutti su un medesimo punto C interno alla seconda camera di miscelazione 12 e giacente sull'asse longitudinale X-X dell 1atomizzatore.

Le relazioni tra le dimensioni caratteristiche dei vari componenti dell'atomizzatore secondo l'invenzione sono quelle già indicate nel citato brevetto U.S.A. n.

4708293. In particolare, detti

DQ = diametro condotto centrale 4

= diametro/lunghezza prima camera di miscelazione 9 D2, Ι·2 = diametro/lunghezza seconda camera di miscelazione 12

D3, L5 = diametro/lunghezza porzione cilindrica seconda camera di miscelazione 12,

valgono ancora le seguenti relazioni:

L5/D2 > 0,6

0,6 x D2 < L2 < 1,2 x D2

D2 > 3 x DÌ

D3 > D;L

Inoltre, secondo l'invenzione, l’angolo 0(* formato tra due assi Z di due orifizi 15 simmetrici rispetto all'asse longitudinale X-X dell'atomizzatore è compreso tra 80° e 120°, mentre l'angolo ^ compreso tra gli assi Y di due orifizi 14 simmetrici rispetto al medesimo asse longitudinale è tale che

(X - ^ > 20°

Quest 'ultima condizione assicura che i getti di combustibile atomizzato nella camera di combustione siano ben separati tra loro.

Gli orifizi 14 e 15 sono cilindrici ed i loro assi Y e 2 sono perpendicolari alle rispettive superfici coniche del secondo miscelatore 11. Il diametro e la lunghezza degli orifizi 14 disposti lungo la corona interna possono essere diversi da quelli degli orifizi 15 della corona esterna, mentre su ciascuna delle due corone gli orifizi devono essere tutti uguali fra loro. In particolare, detti d e 1^ il diametro e la lunghezza degli orifizi 14 o 15, deve valere la relazione

d < 1 < 3 x d

Naturalmente, il numero degli orifizi 14 formanti la corona interna deve essere uguale al numero degli orifizi 15 formanti la corona esterna e deve esservi corrispondenza angolare tra gli orifizi 14 e gli orifizi 15. Questa condizione geometrica è considerata molto importante per l'ottenimento di condizioni ottimali di combustione. Tra la sezione complessiva degli orifizi 14 e 15 e la sezione SI della prima camera di miscelazione 9 deve infine sussistere la relazione

S < ni x Si Si

dove n^ e s^ sono il numero e la sezione dei canali 10 di adduzione del fluido atomizzatore.

Come nel brevetto U.S.A. sopra citato è infine richiesto che il numero di orifizi di ciascuna corona sia maggiore di 3.

Varianti e/o modifiche potranno essere apportate all'atomizzatore perfezionato per combustibili liquidi viscosi secondo la presente invenzione, senza per questo uscire dall'ambito protettivo dell'invenzione medesima.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Atomizzatore perfezionato per combustibili liquidi viscosi comprendente un primo ed un secondo miscelatore per miscelare il combustibile con un fluido atomizzatore alimentati rispettivamente da un ingresso centrale e da un ingresso laterale, detto primo miscelatore comprendendo una prima camera di miscelazione a cui affluiscono detto combustibile e detto fluido attraverso detti ingressi centrale e laterale, detto secondo miscelatore comprendendo una seconda camera di miscelazione allineata a detta prima camera di miscelazione lungo un asse longitudinale, a cui affluiscono detto combustibile e detto fluido premiscelati, e una pluralità di uscite per iniettare il combustibile atomizzato nella camera di combustione, detto atomizzatore essendo caratterizzato dal fatto che detta pluralità di uscite da detta seconda camera di miscelazione è formata da due file di orifizi disposti secondo due circonferenze concentriche angolarmente equispaziati e radialmente allineati, gli assi di ciascuno di detti orifizi convergendo in un medesimo punto situato entro detta seconda camera di miscelazione lungo detto asse longitudinale, gli angoli 0^ e formati dagli assi di due orifizi simmetrici rispetto all'asse longitudinale ed appartenenti a dette circonferenze più esterna e più interna rispettivamente essendo tali che > 20 ° .
2. Atomizzatore secondo la rivendicazione 1 in cui l'angolo (V formato dagli assi di due orifizi simmetrici rispetto all'asse longitudinale e appartenenti a detta circonferenza più esterna è compreso tra 80° e 120°.
3. Atomizzatore secondo le rivendicazioni precedenti in cui detta seconda camera di miscelazione è formata da una porzione cilindrica con asse coincidente con detto asse longitudinale e da due successive porzioni troncoconiche coassiali a detta porzione cilindrica, detti orifizi essendo ricavati sulle pareti coniche delimitanti dette porzioni troncoconiche, gli assi di detti orifizi essendo perpendicolari alle rispettive pareti su cui sono ricavati .
4. Atomizzatore secondo la rivendicazione 3 in cui lungo ciascuna di dette pareti coniche è ricavata una corona di detti orifizi.
5. Atomizzatore secondo le rivendicazioni precedenti in cui il numero di orifizi ricavato su una di dette pareti coniche è uguale al numero di orifizi ricavato sull'altra.
6. Atomizzatore secondo le rivendicazioni precedenti in cui la somma delle sezioni di passaggio di ciascun orifizio è minore alla somma della sezione di detta prima camera di miscelazione e della sezione totale di passaggio di condotti adduttori del fluido atomizzatore a detta prima camera di miscelazione.
7. Atomizzatore perfezionato per combustibili liquidi viscosi sostanzialmente come sopra descritto ed illustrato con riferimento ai disegni annessi.