DE3714408A1 - Dualbrennereinrichtung mit einem brennoelzerstaeuber - Google Patents
Dualbrennereinrichtung mit einem brennoelzerstaeuberInfo
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dualbrennereinrichtung
mit einem Brennölzerstäuber, bei der innerhalb eines Brenner
gehäuses koaxial zueinander ein Verbrennungsluftkanal, eine
Vormischgasleitung mit Vormischgasdüsen, eine Diffusionsgas
leitung mit Diffusionsgasdüsen, eine Zerstäubungsluftleitung,
die in einen Einlauftrichter des Zerstäubers mündet, und eine
Oelzuführleitung mit einer Oeldüse angeordnet sind, wobei
die Oeldüse ebenfalls in den Einlauftrichter mündet und dieser
ein Aussengewinde aufweist, das zur Verbindung mit der Zer
stäubungsluftleitung und zur Aufnahme eines Gehäuseteils des
Zerstäubers dient.
Um Brennöl in Dualbrennereinrichtungen für industrielle Zwecke,
z.B. für die Erzeugung von Dampf für Heiz-, Prozess- oder
Kraftwerksanlagen, möglichst schadstofffrei verbrennen zu
können, ist es erforderlich, das Oel möglichst fein zu zer
stäuben. Die diesbezüglichen Anforderungen werden von bekannten
Brennereinrichtungen nur mangelhaft erfüllt. Eine gute Brenn
stoffzerstäubung bedeutet, dass die für eine gute Verbrennung
gewünschte mittlere Tropfengrösse am gesamten Spektrum der
Tropfengrössen einen möglichst grossen Anteil bildet.
Die vorliegende Erfindung entstand aus der Aufgabe, bei einer
Brennereinrichtung, insbesondere bei Dualbrennern mit Gas
und Oel als Brennstoffen, eine Verbesserung des mit den heute
üblichen Brennereinrichtungen erzielbaren Zerstäubungsgrades
des flüssigen Brennstoffes zu verwirklichen. Mit einer solchen
verbesserten Brennereinrichtung sollte eine möglichst feine,
gleichmässige und vollständige Zerstäubung zu erreichen sein,
um eine extrem schadstoffarme, insbesondere russfreie Ver
brennung in einer der Brennereinrichtung nachgeschalteten
Brennkammer oder einem sonstigen Brennraum zu erhalten. Zu
diesem Zweck sollte das Innere eines Düsenkörpers, aus dem
der mit der Zerstäuberluft vermischte flüssige Brennstoff,
im folgenden kurz als Brennöl oder Oel bezeichnet, in eine
Brennkammer oder einen Brennraum eingespritzt wird, als Reso
nanzkammer ausgebildet werden, in dem starke, hochfrequente
Druckpulsationen auftreten, die den Flüssigkeitszerfall beim
Austritt des Zweiphasengemisches Brennöl/Luft in den Brennraum
beträchtlich verstärken. Tatsächlich haben Messungen gezeigt,
dass die mittlere Tropfengrösse bei einer solchen Brennerein
richtung um 50-70% kleiner war als sie an zwei Vergleichsbren
nern bekannter Bauart gemessen wurden.
Die erfindungsgemässe Dualbrennereinrichtung ist dadurch gekenn
zeichnet, dass der Brennölzerstäuber als Resonanzzerstäuber
ausgebildet ist, mit einem Resonatorring, der an einer Hohl
kegelfläche eine Ringnut, und einem Resonatorkegel, der an
einer Aussenkegelfläche eine Ringnut aufweist, welche beiden
Ringnuten eine Resonanzkammer begrenzen, die über einen ring
förmigen Zuströmkanal mit einem öldüsenseitigen Hohlraum und
über Ausströmkanäle mit einem der Brennereinrichtung nachge
schalteten Brennraum kommuniziert, und dass in Verlängerung
der Oeldüse ein Prallteller angeordnet ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch die düsenseitige
Endpartie einer erfindungsgemässen Brennereinrichtung,
Fig. 2 den Resonanzzerstäuber in einem axialen Längsschnitt,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Resonanzzerstäuber gemäss
dem Schnittverlauf III-III von Fig. 2, und die
Fig. 4 eine Ansicht der Stirnseite des Resonanzzerstäubers
gemäss der in Fig. 2 eingetragenen Projektionsrichtung
A.
Die Fig. 1 zeigt den Kopf einer Brennereinrichtung für Dual
betrieb mit Brennöl und Gas, soweit es für das Verständnis
der Erfindung wesentlich ist. Ein Brennergehäuse 1 nimmt die
Elemente für die Zuführung der Verbrennungs- und der Zerstäu
bungsluft, des Brenngases und des Brennöls sowie die Oeldüse
und den Resonanzzerstäuber auf. Innerhalb des Gehäuses 1 be
findet sich ein zur Gehäuseachse koaxialer Verbrennungsluftkanal
2, der sich an seiner Mündung zu einer den Resonanzzerstäuber
4 umgebenden Ringdüse verjüngt. Die Strömungspfeile 3 symboli
sieren die Verbrennungsluft. Ebenfalls koaxial zur Gehäuseachse
sind vier Kanäle vorhanden, wobei sich die äussere Rohrwand
des äussersten Kanals durch mehrere, über den Umfang mit gleichem
Winkelabstand voneinander angeordnete Stützrippen 5 gegen
die Wand des Verbrennungsluftkanals 2 abstützt. Der innerste
Kanal ist eine Oelzuführleitung 6, die im Brennerkopf in einer
Oeldüse 7 endet. Die Oelzuführleitung 6 ist von einer Zer
stäubungsluftleitung 8 umgeben, auf die eine Diffusionsgaslei
tung 9 folgt, aus der Diffusionsgas durch eine Mehrzahl über
den Umfang verteilter Diffusionsgasdüsen 10 in den Mündungs
bereich des Verbrennungsluftkanals 2 ausströmt. In diesem
Bereich ist die ankommende Verbrennungsluft bei Teillastbetrieb
bereits mit Vormischgas vermischt, welches aus einer radial
am weitesten auswärts angeordneten Vormischgasleitung 11 durch
eine Reihe über den Umfang verteilt angeordneter Vormischgas
düsen 12 in den Verbrennungsluftkanal 2 austritt. Bei Vollast
betrieb wird der Verbrennungsluft nur Vormischgas zugeführt,
im Leerlauf, beim Zünden des Brenners und im unteren Bereich
des Hochlaufens tritt nur Diffusionsgas in den Verbrennungsluft
strom aus. In Uebergangsbereichen liefern beide Düsen Gasan
teile entsprechend dem jeweiligen Bedarf.
Der bisher beschriebene Aufbau ist mit konventionellen Brennöl
zerstäubern bei bekannten Brennereinrichtungen zu finden.
Erfinderische Zugabe ist bei der gegenständlichen Brennerein
richtung der in den Fig. 2 bis 4 in grösserem Massstaß als
in Fig. 1 isoliert dargestellte Resonanzzerstäuber 4. Er weist
einen Einlauftrichter für die durch die Strömungspfeile 14
versinnbildlichte Zerstäubungsluft auf. Dieser Einlauftrichter
ist mit einem Aussengewinde 15 versehen, mit dem er, wie aus
Fig. 1 hervorgeht, bei zusammengebautem Resonanzzerstäuber
in die Zerstäubungsluftleitung 8 eingeschraubt ist. Diese
Leitung 8 ist in Fig. 2 strichpunktiert gezeichnet. Bei einge
schraubtem Resonanzzerstäuber 4 ist ein Resonatorring 16,
der auf das Aussengewinde 15 geschraubt ist und dabei ein
Zerstäuberkreuz 17 mit z.B. vier radialen Armen 18 und einem
Prallteller 19 festklemmt, mit einer Aussenkegelfase 20 gegen
eine derselben entsprechende Innenkegelfläche 21 der Zerstäu
bungsluftleitung 8 verspannt. Auf der entgegengesetzten Seite
des Pralltellers 19 weist das Zerstäuberkreuz 17 einen Gewinde
zapfen 22 auf, auf den ein Resonatorkegel 23 aufgeschraubt ist.
Dieser Resonatorkegel sowie der Resonatorring 16 sind mit
Ringnuten 24 bzw. 25 versehen, die im zusammengebauten Zustand
eine Resonanzkammer von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt
bilden. Der Resonatorring 16 hat am äusseren Ende seines Innen
kegels, d.h., ausserhalb der Ringnut 25, drei, am Umfang gleich
mässig verteilt angeordnete Distanzstege 26, von der aus Fig. 4
ersichtlichen Breite, auf denen der Resonatorkegel 23 anliegt,
wodurch auf der dem Zerstäuberkreuz 17 zugewandten Seite der
Resonanzkammer 24+25 ein sich über den ganzen Umfang er
streckender, ringförmiger Zuströmkanal 27 und auf der entgegen
gesetzten Seite, wegen der Unterbrechung durch die drei Distanz
stege 26, drei kreisbogenförmige Ausströmkanäle 28 begrenzt
werden.
Das aus der Oeldüse 7 austretende Brennöl trifft auf den Prall
teller 19 auf und verteilt sich über dessen Umfang. Es entsteht
am Rande des Tellers ein Oelfilm, der in die die Oelzuführleitung
6 koaxial umströmende Zerstäubungsluft eintritt. Der Oelfilm
wird zerrissen und das Oel/Luft-Gemisch gelangt nach dem Zer
stäuberkreuz 17 über den Zuströmkanal 27 in die Resonanzkammer
24+25, in welcher starke, hochfrequente Druckpulsationen
des Luft/Brennöl-Gemisches auftreten, welche den Flüssigkeits
zerfall beim Austreten des Gemisches aus den drei Ausströmkanälen
28 in den Verbrennungsluftstrom beträchtlich verstärken. In
Fig. 4 ist das aus den Kanälen 28 austretende Gemisch durch
radiale Pfeile angedeutet. Die Distanzstege 26 tragen als
Widerstandskörper zusätzlich zur Verwirbelung im Brennraum
bei, indem ein Teil des austretenden Gemisches seitlich abge
lenkt wird.
Im Vergleich mit Zerstäuben ohne Resonator ergibt die vorlie
gende Bauart bei gleichem Aufwand für die Bereitstellung der
Zerstäuberluft eine wesentlich bessere Zerstäubung. Bezogen
auf Messergebnisse an zwei für die gleiche Brennerleistung
ausgelegten, relativ grossen bekannten Zerstäubertypen zeigten
Messungen beim erfindungsgemässen Zerstäuber eine Verringerung
der mittleren Tropfengrösse um bis zu 50%.
Claims (2)
1. Dualbrennereinrichtung mit einem Brennölzerstäuber, bei
der innerhalb eines Brennergehäuses (1) koaxial zueinander
ein Verbrennungsluftkanal (2), eine Vormischgasleitung
(7) mit Vormischgasdüsen (12), eine Diffusionsgasleitung
(9) mit Diffusionsgasdüsen (10), eine Zerstäubungsluftleitung
(8), die in einen Einlauftrichter (13) des Zerstäubers
mündet, und eine Oelzuführleitung (6) mit einer Oeldüse
(7) angeordnet sind, wobei die Oeldüse (7) ebenfalls in
den Einlauftrichter (13) mündet und dieser ein Aussenge
winde (15) aufweist, das zur Verbindung mit der Zerstäubungs
luftleitung (8) und zur Aufnahme eines Gehäuseteils des
Zerstäubers dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennöl
zerstäuber als Resonanzzerstäuber (4) ausgebildet ist,
mit einem Resonatorring (16), der an einer Hohlkegelfläche
eine Ringnut (25), und einem Resonatorkegel (23), der an
einer Aussenkegelfläche eine Ringnut (24) aufweist, welche
beiden Ringnuten (25, 24) eine Resonanzkammer (24+25)
begrenzen, die über einen ringförmigen Zuströmkanal (27)
mit einem öldüsenseitigen Hohlraum und über Ausströmkanäle
(28) mit einem der Brennereinrichtung nachgeschalteten
Brennraum kommuniziert, und dass in Verlängerung der Oel
düse (7) ein Prallteller (19) angeordnet ist.
2. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Resonatorring (16) als auf dem Aussengewinde (15)
des Einlauftrichters (13) verschraubbarer Gehäuseteil ausge
bildet ist, der den ringförmigen Umfang eines Zerstäuber
kreuzes (17) zwischen sich und dem Einlauftrichter (13)
einklemmt, welches Zerstäuberkreuz (17) eine Nabe mit dem
genannten Prallteller (19) und einem Gewindezapfen (22)
aufweist, auf welchem der Resonatorkegel (23) verschraubt
ist, dass die Nabe des Zerstäuberkreuzes (17) durch Arme (18)
mit dessen Umfang verbunden ist, und dass der Resonatorring
am äusseren Rand seiner Hohlkegelfläche mit Distanzstegen
(26) versehen ist, welche den Resonatorkegel (23) vom Resona
torring (16) in einem Abstand voneinander halten, durch
den der Zuströmkanal (27) und die Ausströmkanäle (28) gebil
det werden.
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Family Applications (1)
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