EP0288855A2 - Dual fuel burner arrangement with a fuel oil atomizer - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a dual burner device with a fuel oil atomizer, in which a combustion air duct, a premix gas line with premix gas nozzles, a diffusion gas line with diffusion gas nozzles, an atomizing air line which opens into an inlet funnel of the atomizer, and an oil feed line with an oil nozzle are arranged within a burner housing coaxially with one another. wherein the oil nozzle also opens into the inlet funnel and this has an external thread, which is used for connection to the atomizing air line and for receiving a housing part of the atomizer.
- the present invention arose from the object of realizing an improvement in the degree of atomization of the liquid fuel which can be achieved with the burner devices customary today, in a burner device, in particular in dual burners with gas and oil as fuels.
- a burner device in particular in dual burners with gas and oil as fuels.
- the inside of a nozzle body from which the liquid fuel mixed with the atomizing air, hereinafter referred to as fuel oil or oil, is injected into a combustion chamber or a combustion chamber, should be designed as a resonance chamber in which strong, high-frequency pressure pulsations occur. which considerably increase the liquid breakdown when the two-phase fuel oil / air mixture emerges into the combustion chamber.
- measurements have shown that the average droplet size in such a burner device was 50-70% smaller than that measured on two comparison burners of a known type.
- the dual burner device is characterized in that the fuel oil atomizer is designed as a resonance atomizer, with a resonator ring which has an annular groove on a hollow conical surface, and a resonator cone which has an annular groove on an outer conical surface, which two annular grooves delimit a resonance chamber, which is via an annular inflow channel communicates with a cavity on the oil nozzle side and via outflow channels with a combustion chamber connected downstream of the burner device, and that a baffle plate is arranged in the extension of the oil nozzle.
- FIG. 1 shows the head of a burner device for dual operation with fuel oil and gas, insofar as it is essential for the understanding of the invention.
- a burner housing 1 accommodates the elements for supplying the combustion and atomizing air, the fuel gas and the fuel oil as well as the oil nozzle and the resonance atomizer.
- Within the housing 1 there is a combustion air duct 2 coaxial with the housing axis, which tapers at its mouth to form an annular nozzle surrounding the resonance atomizer 4.
- the flow arrows 3 symbolize the combustion air.
- the innermost channel is an oil supply line 6, which ends in an oil nozzle 7 in the burner head.
- the oil supply line 6 is surrounded by an atomizing air line 8, onto which a diffusion gas line device 9 follows, from which diffusion gas flows through a plurality of diffusion gas nozzles 10 distributed over the circumference into the mouth region of the combustion air duct 2.
- a diffusion gas line device 9 onto which a diffusion gas line device 9 follows, from which diffusion gas flows through a plurality of diffusion gas nozzles 10 distributed over the circumference into the mouth region of the combustion air duct 2.
- the incoming combustion air is already mixed with premix gas during part-load operation, which premixed gas emerges from a premix gas line 11, which is located radially outward, through a series of premix gas nozzles 12 distributed over the circumference into the combustion air channel 2.
- both nozzles deliver gas components in accordance with the respective requirements.
- the resonance atomizer 4 shown in larger scale in FIGS. 2 to 4 than in FIG. 1. It has an inlet funnel for the atomizing air symbolized by the flow arrows 14. This inlet funnel is provided with an external thread 15, with which, as can be seen from FIG. 1, it is screwed into the atomizing air line 8 when the resonance atomizer is assembled. This line 8 is drawn in broken lines in FIG. 2.
- a resonator ring 16 which is screwed onto the external thread 15 and thereby clamps an atomizer cross 17 with, for example, four radial arms 18 and a baffle plate 19, is braced with an outer cone chamfer 20 against an inner cone surface 21 of the atomizing air line 8 corresponding to the same.
- the atomizer cross 17 On the opposite side of the baffle plate 19, the atomizer cross 17 has a threaded pin 22 onto which a resonator cone 23 is screwed.
- This resonator cone and the resonator ring 16 are provided with ring grooves 24 and 25, which in the assembled state form a resonance chamber of essentially rectangular cross section.
- the resonator ring 16 has at the outer end of its inner cone, that is, outside the annular groove 25, three spacer webs 26, which are evenly distributed on the circumference and are of the width shown in FIG
- the fuel oil emerging from the oil nozzle 7 strikes the baffle plate 19 and is distributed over its circumference.
- An oil film is formed on the edge of the plate and enters the atomizing air flowing coaxially around the oil supply line 6.
- the oil film is torn and the oil / air mixture passes after the atomizer cross 17 via the inflow channel 27 into the resonance chamber 24 + 25, in which strong, high-frequency pressure pulsations of the air / fuel oil mixture occur, which cause the liquid to disintegrate when the mixture emerges from the considerably amplify three outflow channels 28 in the combustion air flow. 4, the mixture emerging from the channels 28 is indicated by radial arrows.
- the spacer webs 26 also contribute to the turbulence in the combustion chamber as a resistance body, in that part of the emerging mixture is deflected laterally.
- the present design results in a significantly better atomization with the same effort for providing the atomizing air.
- measurements in the atomizer according to the invention showed a reduction in the mean droplet size by up to 50%.
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Abstract
Der Resonanzzerstäuber (4) der Brennereinrichtung hat als Hauptteile einen Resonatorring (16) und einen Resonatorkegel (23), die je eine Ringnut (25 bzw. 24) aufweisen, die gemeinsam eine Resonanzkammer (24 + 25) bilden. Durch eine Mehrzahl von Distanzstegen (26) am Resonatorring (16) werden der Resonatorring (16) und der Resonatorkegel (23) in einem Abstand gehalten, der einen ringförmigen Zuströmkanal (27) für das Oel/Zerstäubungsluft-Gemisch und brennraumseitige Ausströmkanäle (28) für dieses in der Resonanzkammer (24 + 25) zerstäubte Gemisch schafft. Zwischen den die Resonatorkammer (24 + 25) bildenden Bauteilen (16, 23) und der Oeldüse (7) ist ein Zerstäubungskreuz (17) mit einem Prallteller (19) vorgesehen.The main parts of the resonance atomizer (4) of the burner device have a resonator ring (16) and a resonator cone (23), each of which has an annular groove (25 or 24), which together form a resonance chamber (24 + 25). A plurality of spacer webs (26) on the resonator ring (16) keep the resonator ring (16) and the resonator cone (23) at a distance which forms an annular inflow channel (27) for the oil / atomizing air mixture and outflow channels (28) on the combustion chamber side. for this mixture atomized in the resonance chamber (24 + 25). An atomizing cross (17) with a baffle plate (19) is provided between the components (16, 23) forming the resonator chamber (24 + 25) and the oil nozzle (7).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dualbrennereinrichtung mit einem Brennölzerstäuber, bei der innerhalb eines Brennergehäuses koaxial zueinander ein Verbrennungsluftkanal, eine Vormischgasleitung mit Vormischgasdüsen, eine Diffusionsgasleitung 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 Zerstäubungsluftleitung und zur Aufnahme eines Gehäuseteils des Zerstäubers dient.The present invention relates to a dual burner device with a fuel oil atomizer, in which a combustion air duct, a premix gas line with premix gas nozzles, a diffusion gas line with diffusion gas nozzles, an atomizing air line which opens into an inlet funnel of the atomizer, and an oil feed line with an oil nozzle are arranged within a burner housing coaxially with one another. wherein the oil nozzle also opens into the inlet funnel and this has an external thread, which is used for connection to the atomizing air line and for receiving a housing part of the atomizer.
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 zerstäuben. Die diesbezüglichen Anforderungen werden von bekannten Brennereinrichtungen nur mangelhaft erfüllt. Eine gute Brennstoffzerstäubung bedeutet, dass die für eine gute Verbrennung gewünschte mittlere Tropfengrösse am gesamten Spektrum der Tropfengrössen einen möglichst grossen Anteil bildet.In order to be able to burn fuel oil in dual burner facilities for industrial purposes, eg for the production of steam for heating, process or power plant systems, as free of pollutants as possible, it is necessary to atomize the oil as finely as possible. The relevant requirements are known by Burner equipment insufficiently fulfilled. Good fuel atomization means that the average droplet size desired for good combustion forms as large a part as possible in the entire spectrum of droplet sizes.
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 Verbrennung 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 Resonanzkammer 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 Brennereinrichtung um 50 - 70 % kleiner war als sie an zwei Vergleichsbrennern bekannter Bauart gemessen wurden.The present invention arose from the object of realizing an improvement in the degree of atomization of the liquid fuel which can be achieved with the burner devices customary today, in a burner device, in particular in dual burners with gas and oil as fuels. With such an improved burner device, it should be possible to achieve as fine, uniform and complete atomization as possible in order to obtain an extremely low-pollutant, in particular soot-free combustion in a combustion chamber downstream of the burner device or in another combustion chamber. For this purpose, the inside of a nozzle body, from which the liquid fuel mixed with the atomizing air, hereinafter referred to as fuel oil or oil, is injected into a combustion chamber or a combustion chamber, should be designed as a resonance chamber in which strong, high-frequency pressure pulsations occur. which considerably increase the liquid breakdown when the two-phase fuel oil / air mixture emerges into the combustion chamber. In fact, measurements have shown that the average droplet size in such a burner device was 50-70% smaller than that measured on two comparison burners of a known type.
Die erfindungsgemässe Dualbrennereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brennölzerstäuber als Resonanzzerstäuber ausgebildet ist, mit einem Resonatorring, der an einer Hohlkegelfläche eine Ringnut, und einem Resonatorkegel, der an einer Aussenkegelfläche eine Ringnut aufweist, welche beiden Ringnuten eine Resonanzkammer begrenzen, die über einen ringförmigen Zuströmkanal mit einem öldüsenseitigen Hohlraum und über Ausströmkanäle mit einem der Brennereinrichtung nachgeschalteten Brennraum kommuniziert, und dass in Verlängerung der Oeldüse ein Prallteller angeordnet ist.The dual burner device according to the invention is characterized in that the fuel oil atomizer is designed as a resonance atomizer, with a resonator ring which has an annular groove on a hollow conical surface, and a resonator cone which has an annular groove on an outer conical surface, which two annular grooves delimit a resonance chamber, which is via an annular inflow channel communicates with a cavity on the oil nozzle side and via outflow channels with a combustion chamber connected downstream of the burner device, and that a baffle plate is arranged in the extension of the oil nozzle.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described below with reference to an embodiment shown in the drawing.
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.
- 1 shows an axial longitudinal section through the nozzle-side end section of a burner device according to the invention,
- 2 shows the resonance atomizer in an axial longitudinal section,
- Fig. 3 shows a cross section through the resonance atomizer according to the section III - III of Fig. 2, and the
- 4 shows a view of the front side of the resonance atomizer according to the projection direction A entered in FIG. 2.
Die Fig. 1 zeigt den Kopf einer Brennereinrichtung für Dualbetrieb 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 Zerstäubungsluft, des Brenngases und des Brennöls sowie die Oeldüse und den Resonanzzerstäuber auf. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein zur Gehäuseachse koaxialer Verbrennungsluftkanal 2, der sich an seiner Mündung zu einer den Resonanzzerstäuber 4 umgebenden Ringdüse verjüngt. Die Strömungspfeile 3 symbolisieren 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 Zerstäubungsluftleitung 8 umgeben, auf die eine Diffusionsgaslei tung 9 folgt, aus der Diffusionsgas durch eine Mehrzahl über den Umfang verteilter Diffusionsgasdüsen 10 in den Mündungsbereich 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 Vormischgasdüsen 12 in den Verbrennungsluftkanal 2 austritt. Bei Vollastbetrieb wird der Verbrennungsluft nur Vormischgas zugeführt, im Leerlauf, beim Zünden des Brenners und im unteren Bereich des Hochlaufens tritt nur Diffusionsgas in den Verbrennungsluftstrom aus. In Uebergangsbereichen liefern beide Düsen Gasanteile entsprechend dem jeweiligen Bedarf.Fig. 1 shows the head of a burner device for dual operation with fuel oil and gas, insofar as it is essential for the understanding of the invention. A
Der bisher beschriebene Aufbau ist mit konventionellen Brennölzerstäubern bei bekannten Brennereinrichtungen zu finden. Erfinderische Zugabe ist bei der gegenständlichen Brennereinrichtung der in den Fig. 2 bis 4 in grösserem Massstab 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 eingeschraubtem 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 Zerstäubungsluftleitung 8 verspannt. Auf der entgegengesetzten Seite des Pralltellers 19 weist das Zerstäuberkreuz 17 einen Gewindezapfen 22 auf, auf den ein Resonatorkegel 23 aufgeschraubt ist.The structure described so far can be found with conventional fuel oil atomizers in known burner devices. Inventive addition to the burner device in question is the
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 Innenkegels, d.h., ausserhalb der Ringnut 25, drei, am Umfang gleichmässig 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 erstreckender, ringförmiger Zuströmkanal 27 und auf der entgegengesetzten Seite, wegen der Unterbrechung durch die drei Distanzstege 26, drei kreisbogenförmige Ausströmkanäle 28 begrenzt werden.This resonator cone and the
Das aus der Oeldüse 7 austretende Brennöl trifft auf den Prallteller 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 Zerstäuberkreuz 17 über den Zuströmkanal 27 in die Resonanzkammer 24 + 25, in welcher starke, hochfrequente Druckpulsationen des Luft/Brennöl-Gemisches auftreten, welche den Flüssigkeitszerfall 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 abgelenkt wird.The fuel oil emerging from the
Im Vergleich mit Zerstäuben ohne Resonator ergibt die vorliegende 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 %.Compared to atomization without a resonator, the present design results in a significantly better atomization with the same effort for providing the atomizing air. Based on measurement results on two relatively large known atomizer types designed for the same burner output, measurements in the atomizer according to the invention showed a reduction in the mean droplet size by up to 50%.
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