Verbrennungseinrichtung. Die Erfindung bezieht sieh auf eine Ver brennungseinrichtung und ist vor allem an wendbar bei Verbrennung von pulverförmi gem, festem Brennstoff oder von Schweröl.
Es ist eine Einrichtung bekannt, bei wel- eher zwecks Durchführung einer Reaktion zwischen einem Fluidum und fein verteiltem festem Material, z. B. zur Verbrennung von fein verteiltem festem Brennstoff, dem Flui dum eine Wirbelbewegung erteilt wird und die Brennstoffteilchen an einer Stelle des Wirbels so eingeführt werden, dass die Brennstoffteil chen mit entweder keiner oder nur verhältnis mässig geringer radialer Geschwindigkeit rela tiv zur Wirbelachse strömen, so dass die Gleichgewichtsbahnen der Materialteilchen unter der kombinierten WV irkung der Zentri fugalkräfte und der Kräfte, welche sie gegen die W irbelaclhse bewegen wollen, innerhalb der Kammer verlaufen, in welcher der Wirbel.
erzeugt wird, während das Fluidum eine ver- hältnisnmässig hohe radiale Gesehwindigkeit relativ zur Achse besitzt, so dass eine relative Radialbewegung zwisehen Fluidum und Mate rial erhalten wird. Ferner sind bei dieser Ein- riehtttng die Bedingungen bezüglich der Ge schwindigkeit des Fluidums im Wirbel und der physikalischen Eigenschaften des in den selben eingeführten Materials in einem solchen Zusammenbang. dass beim Fortschreiten der Reaktion das Material sich allmählich gegen die Wirbelachse bewegt; diese Bewegung ent steht, weil die Teilehen während der Reaktion kleiner werden und eine Gleiehgewiclhtsbahn näher der Achse annehmen.
Eine Verbrennungseinrichtung dieser be schriebenen Art gibt für sich noch keine Strö mungsverhältnisse, welche für die Fälle ge eignet sind, in welchen die Verbrennung durch einen rasch fliessenden Strom des Flui dums (das nachstehend als Luft angenommen ist) unterhalten wird.
Der Ausdruck rasch fliessend , wie er bei dem die Verbrennung unterhaltenden Strom von Verbrennungsluft angewendet wird, soll angeben, dass die mitt lere Geschwindigkeit des Luftstromes in der Hauptströmungsrichtung durch eine die Ver brennung einleitende Zone und berechnet aus dem in der Zeiteinheitdurehströmenden Luft volumen dividiert durch den Querschnitt des Strömungskanals genügend gross ist im Ver hältnis zur Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme in dem betreffenden Brennstoff-Luft- Gemisch, um die Flamme auszulöschen.
Für Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, welche in Luft verbrennen, ist. diese Flammen-Fortpflan- zungsgesehwindigkeit von der Grössenordnung von 30 ein pro Sekunde bei Atmosphärentem peratur. Bei Verbrennungseinrichtungen für Gasturbinen und Strahl-Antriebsaggregaten kann die Geschwindigkeit des Luftstromes in der Hauptst.römungsriehtung durch eine Ver brennungszone, auf der vorstehenden Basis berechnet, 3 bis 100 Meter pro Sekunde und sogar mehr, je nach der Konstruktion, be tragen.
Die erfindungsgemässe Verbrennungsein richtung für die Verbrennung von Brennstoff in einem schnell strömenden Luftstrom ist ge kennzeichnet durch eine Brennkammer, die eine Wirbelkammer von kreisförmigem Quer schnitt aufweist mit einem axialen Auslass, dessen Durchmesser kleiner als der maximale Durchmesser der Wirbelkammer ist, und mit einem Einlass, durch den Luft tangential in die Wirbelkammer einströmen kann, um einen radial einwärts gerichteten Wirbelstrom um die Achse der Wirbelkammer zu erzeugen, durch Mittel zur Brennstoffeinspritzung in einen Teil der Einrichtung und durch Mittel, um in dem Teil der Einrichtung, in den der Brennstoff eingespritzt wird, eine Zone stabi lisierter Verbrennung gebildet wird.
Diese Zone stabilisierter Verbrennung kann mittels Schikanen gebildet werden, welche eine lokale Umkehr der Strömung erzeugen, damit heisse Gase gegen die Wurzel der Flamme hin zir kulieren können.
Vorzugsweise kann die genannte Wirbel kammer eine sekundäre Verbrennungszone bilden in Verbindung mit einer primären Verbrennungszone, innerhalb welcher die Zone stabilisierter Verbrennung vorgesehen ist, wobei die Verbrennungsprodukte mit den unverbrannten Brennstoffteilchen von der primären Verbrennungszone in die Wirbel kammer strömen.
In der Wirbelkammer selbst brauchen dann keine Flammenstabilisierungsmittel vor gesehen sein. Für die Primärverbrennung kann eine weitere Kammer in Form eines Flammrohres vorgesehen sein. Jedes Flamm- rohr kann in einem separaten Luftgehäuse, das mit der Wirbelkammer verbunden ist, angeordnet sein oder alle Flammrohre können in einem einzigen Luftgehäuse, das mit der Wirbelkammer verbunden ist, angeordnet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in welcher Fig. 1 einen Transversalschnitt, Fig. 2 in grösserem Massstab ein Detail von Fig. 1 zeigt. Fig. 3 zeigt. einen Apparat zur Entfer nung von Asche.
Fig. 1 zeigt eine Verbrennungseinrich tung, welche ein zylindrisches Flammrohr 1 aufweist, welches von einem rasch fliessenden Luftstrom, z. B. der Förderluft des Luftkom pressors einer Gasturbinenanlage, durchströmt wird.
Das Flammrohr 1 enthält einen Druckluft brenner 23 zur Verbrennung von Rohöl, wobei unter Druckluftbrenner in diesem Fall ein Brenner verstanden wird, in welchem die Zer- stäubung des Brennstoffes durch einen Druck luftstrom erfolgt. Diesem Brenner wird der flüssige Brennstoff durch ein Rohr 21 und komprimierte Luft durch die Leitung 22 zu geleitet, um den Brennstoff zu zerstäuben. Das Flammrohr 1 bildet die primäre Verbren nungszone, und die darin gebildeten Verbren nungsgase werden über eine spiralförmige Leitung 5 in eine Wirbelkammer 4l von kreis förmigem Querschnitt geleitet., in welcher die sekundäre Verbrennung stattfindet.
Fig. 2 zeigt, das Flammrohr 1 in grösserem. Massstab. Der Luftstrom wird durch die Lei tung 25 geleitet und durch eine koaxiale innere Leitung 26 in zwei Teile geteilt.; der äussere Teil geht direkt durch den ringförmi gen Raum zwischen 25 und 26 in die Spiral- leitung 5 über, während der mittlere Teil teil weise an den Drallscha:ufeln <B>'23-1</B> vorbei und teilweise durch Öffnungen 27a einer koni schen Schikane 27 in die Leitung 5 strömt.
Die Dra.llsehaufeln 23a, erteilen der an ihnen vorbeiströmenden Luft. einen Drall und erzeugen in der Leitung 5 eine Wirbelströ mung um die Leitungsachse. In der Kernzone dieser Wirbelströmung ist die axiale Strö mungsgeschwindigkeit bekanntlich Null oder es tritt sogar Rückströmung auf, so dass in dieser Zone eine stabile Verbrennung des zu geführten Brennstoffes erfolgen kann. Auch die Schikane 27 bewirkt Rückströmiina- und Turbulenz und trägt somit zur Stabilisierung der Verbrennung bei.
Die durch die Schaufeln 23a. und Öffnun gen 27a strömende Luft bildet. die Primär luft zur teilweisen Verbrennun- der Brenn- stofftröpfchen,welche vom Brenner 23 einge spritzt werden; die Gase, welche durch diese primäre Verbrennung gebildet werden, zusam men mit unverbrannten Brennstofftröpfchen und der durch den Ringraum zwischen den Leitungen 25 und<B>26</B> strömenden Sekundär luft, gelangen über die spiralförmige Leitungcp 5i nach der Wirbelkammer 4, um die Verbren nung zu vervollständigen.
Innerhalb der Kammer 4 zirkulieren die Gase um eine Achse 7 in einem Wirbel, wo bei die Brennstoffteilchen während der Ver brennung in spiraligen Bahnen sich langsam der Achse nähern, bis sie entweder ganz ver brannt sind oder ein sehr feiner Aschenrück- stand übrigbleibt, welcher zusammen mit den Verbrennungsgasen durch den axialen Auslass 8 strömt, dessen Durchmesser kleiner ist als der maximale Durchmesser der Kammer 4.
Bei einer Gasturbine ist es wichtig, dass unverbrannte Teile daran gehindert werden, zu den Turbinenschaufeln zu gelangen; ander seits sind die Strömungsbedingungen in der Kammer 4 derart, dass unabhängig von ihren Abmessungen immer eine Anzahl von Teilchen einer gewissen Grösse vorhanden ist, welche den Auslass 8 passieren, wo sie jedoch einer Zentrifugalkraft unterworfen sind und gegen den Umfang sieh bewegen.
Wie in Fig. 3 ge zeigt, können diese Teilchen entfernt werden durch Abzapfen der Grenzschicht vor der Turbine 13 mittels eines ringförmigen Kanals 9, der radial ausserhalb der Turbinenschaufeln 12 liegt und der, falls gewünscht, als Umlei tung wirken kann und stromabwärts der Tur bine 13 wieder in die Abgasleitung einmündet.
Anstatt, wie in der Zeichnung dargestellt, getrennte Brennkammerteile für die Primär- und Sekundärverbrennung vorzusehen, kön nen diese beiden Verbrennungen in der Wir belkammer herbeigeführt werden. In diesem Fall kann die Kammer im Längsschnitt radial nach aussen verjüngt sein, wobei an einem Axialende ein Einlass für Brennstoff und Primärluft, am Kammerumfang ein Einlass für Sekundärluft und am andern Axialende ein Auslass, dessen Durchmesser kleiner ist als der maximale Kammerdurchmesser, vorge- sehen sein können.
Bei einer solchen Bauart können in der Kammer entweder beide Luft ströme oder nur der sekundäre einen radial einwärts gerichteten Wirbelstromweg zum Kammerauslass einschlagen.