EP0769655B1 - Airblast-Zerstäuberdüse - Google Patents

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EP0769655B1
EP0769655B1 EP96810646A EP96810646A EP0769655B1 EP 0769655 B1 EP0769655 B1 EP 0769655B1 EP 96810646 A EP96810646 A EP 96810646A EP 96810646 A EP96810646 A EP 96810646A EP 0769655 B1 EP0769655 B1 EP 0769655B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
atomizer
nozzle
airblast
burner
air
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96810646A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0769655A3 (de
EP0769655A2 (de
Inventor
Franz Dr. Joos
Marcel Stalder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Schweiz AG
Publication of EP0769655A2 publication Critical patent/EP0769655A2/de
Publication of EP0769655A3 publication Critical patent/EP0769655A3/de
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Publication of EP0769655B1 publication Critical patent/EP0769655B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/005—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means
    • F23D11/007—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means combination of means covered by sub-groups F23D11/10 and F23D11/24
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F23D11/107—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet at least one of both being subjected to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2211/00—Thermal dilatation prevention or compensation
    • 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
    • F23D2900/11101—Pulverising gas flow impinging on fuel from pre-filming surface, e.g. lip atomizers

Definitions

  • the invention relates to the field of combustion technology. It relates to an atomizing nozzle for atomizing liquid fuel in a burner, which works on the airblast principle works, both for the operation of the burner with liquid as well as gaseous fuels and especially in low-pollution premix burners of the double-cone design can be used.
  • a nozzle is e.g. known from EP 0 660 038 A2.
  • the fuel must be used for low-pollutant premix combustion before combustion as homogeneous as possible with the combustion air be mixed. If liquid fuel is used, so this must be atomized beforehand.
  • the liquid Fuel jet split into individual droplets so that the fuel has the largest possible evaporation surface receives.
  • airblast atomizers are also used Application (see A. H. Lefebvre, Airblast Atomization, Prog. Energy Combust. Sci. Vol. 6, pp. 233-261, 1980), which in particular are suitable for the operation of gas turbines.
  • This are designed so that the relatively slow moving liquid fuel through a high speed air flow is atomized.
  • the fuel has none Own pulse.
  • the liquid to be atomized is, for example as a thin film with an approximately constant thickness on an atomizer edge applied. This atomizer edge is from an air flow on both sides, d. H. of an exterior and of an internal air flow, with the atomization of the Liquid fuel then on the atomizer lip in the shear field of the two air flows takes place (prefilming atomization).
  • the internal airflow either swirls and / or over one Central body directed outwards.
  • the invention tries to avoid all these disadvantages.
  • you the task is based on an airblast nozzle for atomization to develop liquid fuel that is also suitable for the Gas operation can be used and is characterized by small dimensions and is therefore, for example, well suited for the Use in a premix burner of the double cone type, whereby the nozzle due to reduced susceptibility to coking and awards for gum formation.
  • the Nozzle only a slight pressure drop arise.
  • this is according to an airblast nozzle Preamble of claim 1 achieved by that the atomizer edges are angled along their entire length in the direction of the nozzle axis.
  • the advantages of the invention are the compact design the airblast nozzle and its minimum diameter so that especially in a double-cone type premix burner are good to use. Another advantage comes from that no more components are arranged at the nozzle outlet that tend to build up or overheat. Furthermore there is only a small pressure loss in the nozzle and the design pressure drop is at the atomizer lip.
  • the fuel is advantageously available on the market Pressure atomizers, in particular hollow cone atomizers, applied.
  • To apply the fuel are also simple Bores that are radial or oblique at the closed end of the Fuel line are attached, suitable.
  • FIG. 2 shows the airblast nozzle in an enlarged partial longitudinal section 2. It has one arranged around the nozzle axis 11 Fuel pipe 12 for the liquid fuel 4 on and each an inner 13 arranged concentrically thereto and one outer air duct 14.
  • the two air channels 13, 14 are upstream with an air supply line 15 in which the Atomizing air 5 is led to the nozzle, connected and open on the atomizing cross section 16 in the burner interior 17.
  • Die Channels 13, 14 are through an intermediate wall 18, according to the invention at its downstream end in the direction of the nozzle axis 11 is angled and there the atomizer edge 19 the atomizer lip 20 forms, separated from each other, so that the atomizing air 5 into an outer 5a and an inner Airflow 5b is split.
  • the partition 18 is inclusive the atomizer edge 19 between the fuel pipe 12 and outer nozzle body 23 held.
  • the inner support elements 21 are between the fuel pipe 12 and the Partition 18 arranged while the outer support elements 21 between the intermediate wall 18 and the nozzle outer body 23 are arranged.
  • a pilot gas channel 22 is provided in the burner 1, which pilot gas 9 provides the greasing of the gaseous Fuel 6 is used in the interior of the burner, thereby increasing the stability range the burner is expanded.
  • the pilot gas channel 22 is shown in FIG. 2 by the outer nozzle body 23 and by the Wall of the burner 1 limited. 2 is not shown the connection of the nozzle 2 with the burner 1 and the feed of the pilot gas channel 22.
  • the latter can for example by an arranged in the burner wall, not shown here Feed hole for the pilot gas can be realized.
  • the nozzle 2 can e.g. about a not shown Cover that at the upstream end of the pilot gas channel 22nd on the outer nozzle body 23 and on the wall of the burner 1 over the entire circumference is welded on and the pilot gas channel 22 completes, be connected.
  • Embodiments also on the arrangement of a pilot gas channel to be dispensed with.
  • the liquid fuel 4, preferably oil, is over a exchangeable, commercially available pressure atomizers 24 as thinner Film applied to the atomizer edge 19.
  • a exchangeable, commercially available pressure atomizers 24 as thinner Film applied to the atomizer edge 19.
  • the atomizer edges 19 are narrowed in accordance with the invention in order to in the atomizing cross section 16 or on the atomizing lip 20 to get a maximum air speed.
  • the one in the outside Air duct 14 brought out external air flow 5a also via a constriction at the atomizer edge 19 the atomizer lip 20 brought up where the fuel film atomized finely by the shear forces of the two air streams 5a, 5b becomes.
  • the high air speed has a positive effect for improved atomization quality.
  • Fig. 2 illustrates, it is also possible to use the atomizer to leave whole, i.e. both the inner and the outer support elements 21 are fixed to the intermediate wall 18 and the liquid fuel tube 12 and the nozzle outer body 23 connected. Then the nozzle 2 as a whole is only from the outside movable (sliding point 29).
  • Fig. 3 shows an embodiment in which the liquid fuel 4 via simple holes 25 on the atomizer edge 19 is applied. These are radial or oblique on closed end of the liquid fuel line 12 is arranged. In order to even out the fuel film and thereby Atomization quality can be improved in the Atomizing edge 19 weirs 26 may be arranged.
  • FIG. 4 Another embodiment variant is shown in FIG. 4.
  • the support elements 21 are as Swirl blades 27 executed. It is possible to only use the to arrange inner support elements 21 as swirl blades, so that only the inner air flow 5b is swirled for a better one To achieve flow around the atomizer lip 20. Will only the outer air flow 5a swirls, so the spray angle ⁇ are influenced. Of course, 4, both air flows 5a, 5b swirl by using both the inner and outer support elements 21 are designed as swirl generators.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft eine Zerstäuberdüse zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff in einem Brenner, welche nach dem airblast-Prinzip arbeitet, sowohl für den Betrieb des Brenners mit flüssigen als auch gasförmigen Brennstoffen geeignet ist und insbesondere in schadstoffarmen Vormischbrennern der Doppelkegelbauart eingesetzt werden kann. Eine solche Düse ist z.B. aus der EP 0 660 038 A2 bekannt.
Stand der Technik
Zur schadstoffarmen Vormischverbrennung muss der Brennstoff vor der Verbrennung möglichst homogen mit der Verbrennungsluft gemischt werden. Wird flüssiger Brennstoff verwendet, so muss dieser vorher zerstäubt werden. Dabei wird der flüssige Brennstoffstrahl in einzelne Tröpfchen aufgespalten, so dass der Brennstoff eine möglichst grosse Verdampfungsoberfläche erhält.
Zur Zerstäubung von flüssigen Brennstoffen in Brennkammern kommen unter anderem auch sogenannte airblast-Zerstäuber zur Anwendung (siehe A. H. Lefebvre, Airblast Atomization, Prog. Energy Combust. Sci. Vol. 6, S. 233-261, 1980), welche insbesondere für den Betrieb von Gasturbinen geeignet sind. Diese sind so konstruiert, dass der sich relativ langsam bewegende flüssige Brennstoff durch einen Luftstrom grosser Geschwindigkeit zerstäubt wird. Der Brennstoff hat dabei keinen Eigenimpuls. Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird beispielsweise als dünner Film mit etwa konstanter Dicke auf eine Zerstäuberkante aufgebracht. Diese Zerstäuberkante wird von einem Luftstrom beidseitig, d. h. von einem äusseren und von einem inneren Luftstrom, umströmt, wobei die Zerstäubung des Flüssigbrennstoffes dann an der Zerstäuberlippe im Scherfeld der beiden Luftströme erfolgt (prefilming atomization).
Bekanntermassen wird dabei der flüssige Brennstoff entweder über zentrale Druckzerstäuber oder über sogenannte Filmleger, die im Vorlauf der Zerstäuberkante in diesem Bauteil integriert sind und daher ein relativ dickes Bauteil erfordern, aufgebracht.
Um die Luft gezielt an die Zerstäuberkante zu lenken, wird der innere Luftstrom entweder verdrallt und/oder über einen Zentralkörper nach aussen gelenkt.
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist der relativ grosse Bauteildurchmesser bzw. der hohe Druckabfall in der Düse aufgrund des engen Querschnittes.
Im allgemeinen wird durch die Verdrallung des inneren Luftstromes der Düsendurchmesser relativ gross. Zur Abhilfe wird deshalb der airblast-Zerstäuber mit einem Verdrängungskörper ausgeführt. Der Nachteil dieses Verdrängungskörpers besteht in der Verursachung einer verstärkten Anfälligkeit zur Koks - und Gum-Bildung im Nachlauf. Durch die Nähe zur Flamme ist zusätzlich die Kühlung dieses Teiles in der Regel ein schwer zu lösendes Problem.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine airblast-Düse zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff zu entwickeln, die auch für den Gasbetrieb einsetzbar ist und sich durch kleine Abmasse auszeichnet und deshalb beispielsweise gut geeignet ist für den Einsatz in einem Vormischbrenner der Doppelkegelbauart, wobei sich die Düse durch eine verringerte Anfälligkeit zur Verkokung und zur Gum-Bildung auszeichnet. Weiterhin soll in der Düse nur ein geringer Druckverlust entstehen. Schliesslich ist es Aufgabe der Erfindung, einen Mechanismus vorzuschlagen, mit dem es gelingt, beim Gasbetrieb die Zerstäuberluft abzudrosseln und beim Betrieb mit flüssigem Brennstoff die benötigte Zerstäuberluft zuzumessen.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer airblast-Düse gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch erreicht, dass die Zerstäuberkanten über ihre gesammte läng in Richtung Düsenachse abgewinkelt sind.
Die Vorteile der Erfindung bestehen in der kompakten Bauweise der airblast-Düse und ihrem minimalen Durchmesser, so dass sie besonders in einem Vormischbrenner der Doppelkegelbauart gut einsetzbar sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass keine Bauteile am Düsenaustritt mehr angeordnet werden müssen, die zu Ablagerungen bzw. Überhitzung neigen. Ausserdem entsteht nur ein geringer Druckverlust in der Düse und der Auslegungsdruckabfall ist an der Zerstäuberlippe.
Es ist besonders zweckmässig, wenn das Flüssigbrennstoffrohr axial verschiebbar ist, während der Düsenaussenkörper Bestandteil des Brenners und somit fest fixiert ist, wobei die Schiebestelle zwischen den inneren Stützen am Flüssigbrennstoffrohr und der Zwischenwand zwischen dem inneren und dem äusseren Luftkanal vorgesehen ist. Über das Verschieben des Ölfilmsprühers wird somit die Wärmedehnung des Lanzenrohres aufgefangen. Die Position der Zerstäuberkante relativ zum Brenner bleibt daher unverändert. Ein weiterer Vorteil ist die Einsparung der problematischen Abdichtung zwischen der Pilotgasleitung und dem Zerstäuber, weil hier der äussere Zerstäuberteil Bestandteil des Brenners ist. Schliesslich besteht ein weiterer Vorteil darin, dass der empfindliche Zerstäuberteil bei der Montage der Brennstofflanze im Brenner verbleiben kann und damit nicht beschädigt wird.
Als Ausführungsform ist es auch möglich, den Zerstäuber im ganzen zu lassen und ausserhalb zu schieben.
Schliesslich wird mit Vorteil der Brennstoff über handelsübliche Druckzerstäuber, insbesondere Hohlkegelzerstäuber, aufgebracht. Zum Aufbringen des Brennstoffes sind auch einfache Bohrungen, die radial oder schräg am geschlossenen Ende der Brennstoffleitung angebracht sind, geeignet. Hier ist es von Vorteil, wenn über zusätzlich in der Zerstäuberkante angeordnete Wehre der Brennstoffilm vergleichmässigt wird.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn die inneren und/oder äusseren Stützelemente als Drallschaufeln ausgebildet sind. Durch die Verdrallung der Luft wird eine bessere Zerstäubung erreicht. Die Verdrallung des inneren Luftstromes dient dabei einer besseren Umströmung der Zerstäubungslippe, während die äussere Verdrallung den Sprühwinkel α beeinflusst. Auch die Brennstoffauftragung kann verdrallt (radial oder schräg gegen die Düsenachse) erfolgen.
Schliesslich ist es bei einem Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen airblast-Düse, wobei beim Betrieb mit gasförmigem Brennstoff der Zustrom der Luft in den Brennerinnenraum zumindestens teilweise abgedrosselt wird, von Vorteil, dass die Drosselung infolge der unterschiedlichen Wärmedehnung des Flüssigbrennstoffrohres bei Gas- oder Ölbetrieb erfolgt. Dieser Drosselmechanismus ist recht einfach zu realisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung der Anordnung eines mit einer airblast-Düse ausgestatteten Doppelkegelbrenners;
Fig. 2
einen Teillängsschnitt der airblast-Düse bei Verwendung eines konventionellen Öldruckzerstäubers;
Fig. 3
einen Teillängsschnitt der airblast-Düse, wobei eine Flüssigbrennstoffleitung mit zur Düsenachse am geschlossenen Ende schräg angeordneten Bohrungen verwendet wird;
Fig. 4
einen Teillängsschnitt der airblast-Düse mit als Drallschaufeln ausgebildeten Stützelementen und einem Wehr;
Fig. 5
einen Teillängsschnitt der airblast-Düse mit verdrallter Flüssigbrennstoffaufbringung;
Fig. 6
einen Teilquerschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 4;
Fig. 7
einen Teillängsschnitt des Brennerteiles und der Brennstoffzuführung, wobei im oberen Teilbild der Gasbetrieb und im unteren Teilbild der Ölbetrieb veranschaulicht ist.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 bis 7 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung eines mit einer airblast-Düse ausgestatteten Vormischbrenners der Doppelkegelbauart.
Im stromaufwärtigen Ende des Brenners 1 ist eine airblast-Düse 2 angeordnet. Sie wird über eine mit dem Doppelkegelbrenner 1 verbundene Brennstofflanze 3 mit flüssigem Brennstoff 4 und verdichteter Luft 5, welche zum Zerstäuben des Brennstoffes 4 benutzt wird, versorgt. Ausserdem liefert die Brennstofflanze 3 den gasförmigen Brennstoff 6 für den Doppelkegelbrenner 1, während er seine Hauptbrennerluft 7 aus dem Raum innerhalb der Brennerhaube 8 erhält. Die Luft 5 für die airblast-Düse 2 kann auch aus einem sich ausserhalb der Brennerhaube 8 befindenden Plenum (nicht dargestellt) zugeführt werden. Ausserdem wird in diesem Ausführungsbeispiel zum Anfetten der Brenngase in Achsnähe des Doppelkegelbrenners 1 über die Brennstofflanze 3 zusätzlicher gasförmiger Brennstoff (Pilotgas 9) in den Brenner 1 eingedüst. Stromabwärts mündet der Brenner 1 in die Brennkammer 10.
Fig. 2 zeigt in einem vergrösserten Teillängsschnitt die airblast-Düse 2. Sie weist ein um die Düsenachse 11 angeordnetes Brennstoffrohr 12 für den Flüssigbrennstoff 4 auf und jeweils einen dazu konzentrisch angeordneten inneren 13 und einen äusseren Luftkanal 14 auf. Die beiden Luftkanäle 13, 14 sind stromaufwärts mit einer Luftzuführungsleitung 15, in der die Zerstäuberluft 5 zur Düse geführt wird, verbunden und münden am Zerstäubungsquerschnitt 16 in den Brennerinnenraum 17. Die Kanäle 13, 14 sind durch eine Zwischenwand 18, die erfindungsgemäss an ihrem stromabwärtigen Ende in Richtung Düsenachse 11 abgewinkelt ist und dort die Zerstäuberkante 19 mit der Zerstäuberlippe 20 bildet, voneinander getrennt, so dass die Zerstäuberluft 5 in einen äusseren 5a und einen inneren Luftstrom 5b aufgeteilt wird. Mit Hilfe von vorzugsweise in gleichmässigen Abständen über den Umfang angeordneten inneren und äusseren Stützelementen 21 wird die Zwischenwand 18 einschliesslich der Zerstäuberkante 19 zwischen Brennstoffrohr 12 und Düsenaussenkörper 23 gehalten. Die inneren Stützelemente 21 sind dabei zwischen dem Brennstoffrohr 12 und der Zwischenwand 18 angeordnet, während die äusseren Stützelemente 21 zwischen der Zwischenwand 18 und dem Düsenaussenkörper 23 angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im Brenner 1 ein Pilotgaskanal 22 vorgesehen, welcher Pilotgas 9 zur Verfügung stellt, das dem Anfetten des gasförmigen Brennstoffes 6 im Brennerinnenraum dient, wodurch der Stabilitätsbereich des Brenners erweitert wird. Der Pilotgaskanal 22 wird gemäss Fig. 2 vom Düsenaussenkörper 23 und von der Wand des Brenners 1 begrenzt. Nicht dargestellt ist in Fig. 2 die Verbindung der Düse 2 mit dem Brenner 1 und die Anspeisung des Pilotgaskanales 22. Letzteres kann beispielsweise durch eine in der Brennerwand angeordnete, hier nicht dargestellte Anspeisungsbohrung für das Pilotgas realisiert werden. Die Düse 2 kann z.B. über einen nicht dargestellten Deckel, der am stromaufwärtigen Ende des Pilotgaskanales 22 am Düsenaussenkörper 23 und an der Wand des Brenners 1 über den ganzen Umfang angeschweisst ist und den Pilotgaskanal 22 abschliesst, verbunden sein. Selbstverständlich kann in anderen Ausführungsbeispielen auch auf die Anordnung eines Pilotgaskanales verzichtet werden.
Der flüssige Brennstoff 4, vorzugsweise Öl, wird über einen auswechselbaren, handelsüblichen Druckzerstäuber 24 als dünner Film auf die Zerstäuberkante 19 aufgebracht. Optimal sind Hohlkegelzerstäuber, aber es können auch Vollkegelzerstäuber mit gut zerstäubtem Brennstoffkern verwendet werden. Die Zerstäuberkanten 19 sind erfindungsgemäss nach innen verengt, um im Zerstäubungsquerschnitt 16 bzw. an der Zerstäuberlippe 20 einen maximale Luftgeschwindigkeit zu erhalten. Der im äusseren Luftkanal 14 herangeführte äussere Luftstrom 5a wird ebenfalls über eine Verengung an der Zerstäuberkante 19 an die Zerstäuberlippe 20 herangeführt, wo der Brennstoffilm durch die Scherkräfte der beiden Luftströme 5a, 5b fein zerstäubt wird. Die hohe Luftgeschwindigkeit wirkt sich positiv auf eine verbesserte Zerstäubungsqualität aus.
Der Sprühwinkel α kann dabei durch die Aufteilung der beiden Luftmassenströme 5a, 5b und durch die Geometrie des Austrittsquerschnittes beeinflusst werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im oberen Teil der Figur die inneren Stützelemente 21 nicht fest mit der Zwischenwand 18 verbunden, so dass an dieser Stelle eine Schiebestelle 28 vorhanden ist. Das ermöglicht eine Verschiebung des Flüsssigbrennstoffrohres 12 einschliesslich des Öldruckzerstäubers 24, so dass auf diese Weise die Wärmedehnung der Brennstofflanze 3 aufgefangen werden kann und sich die Position der Zerstäuberkante 19 relativ zum Doppelkegelbrenner 1 nicht verändert, was ein grosser Vorteil ist. Diese Anordnung erfordert lediglich eine etwas längere Zerstäuberhülse (= Zwischenwand 18). Ausserdem erspart diese Version zusätzlich eine problematische Abdichtung zwischen dem Pilotgaskanal 22 und dem Zerstäuber im Brenner 1, da der äussere Zerstäuberteil Bestandteil der Brenners 1 würde. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der empfindliche Zerstäuberteil bei der Montage der Brennstofflanze 3 im Doppelkegelbrenner 1 verbleibt und damit nicht beschädigt wird.
Als eine weitere Ausführungsform, die im unteren Teil von Fig. 2 verdeutlicht wird, ist es auch möglich, den Zerstäuber im ganzen zu lassen, d.h. sowohl die inneren als auch die äusseren Stützelemente 21 sind fest mit der Zwischenwand 18 sowie dem Flüssigbrennstoffrohr 12 bzw. dem Düsenaussenkörper 23 verbunden. Dann ist die Düse 2 als Ganzes nur von aussen verschiebbar (Schiebestelle 29).
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Flüssigbrennstoff 4 über einfache Bohrungen 25 auf die Zerstäuberkante 19 aufgebracht wird. Diese sind radial oder schräg am geschlossenen Ende der Flüssigbrennstoffleitung 12 angeordnet. Zwecks Vergleichmässigung des Brennstoffilmes und dadurch Verbesserung der Zerstäubungsqualität können in der Zerstäubungskante 19 Wehre 26 angeordnet sein.
Eine weitere Ausführungsvariante ist in Fig. 4 dargestellt. Hier sind im Unterschied zu Fig. 3 die Stützelemente 21 als Drallschaufeln 27 ausgeführt. Es ist möglich, lediglich die inneren Stützelemente 21 als Drallschaufeln anzuordnen, so dass nur der innere Luftstrom 5b verdrallt wird, um eine bessere Umströmung der Zerstäuberlippe 20 zu erzielen. Wird nur der äussere Luftstrom 5a verdrallt, so kann damit der Sprühwinkel α beeinflusst werden. Selbstverständlich können auch, wie aus Fig. 4 ersichtlich, beide Luftströme 5a, 5b verdrallt werden, indem sowohl die inneren als auch die äusseren Stützelemente 21 als Drallerzeuger ausgebildet sind.
Da der Gasbetrieb des Doppelkegelbrenners 1 infolge der durch die airblast-Düse 2 strömenden Zerstäuberluft 5 gestört wird, wird zur Lösung dieses Problems gemäss Fig. 7 ein Mechanismus vorgeschlagen, der die unterschiedliche Wärmedehnung der Brennstoffleitung 12 bei Öl- und bei Gasbetrieb ausnutzt. Der obere Teil von Fig. 7 bezieht sich auf den Gasbetrieb, der untere Teil dagegen auf den Ölbetrieb. In der Fig. 7 ist die airblast-Düse 2 am stromabwärtigen Ende der Ölleitung 12 nicht dargestellt. Beim Gasbetrieb wird die Zerstäuberluft 5 abgedrosselt, da die Ölleitung 12 durch die vom Verdichter kommende Luft aufgeheizt wird und dementsprechend durch die Wärmedehnung der Ölleitung der Eintrittsbereich der Zerstäuberluft 5 in den Brennerteil verringert bzw. ganz geschlossen wird. Im Gegensatz dazu wird beim Ölbetrieb bzw. bei Wasserzugabe die benötigte Zerstäuberluft 5 auf Grund der geringeren Wärmedehnung der kälteren Ölleitung 12 bei diesen Betriebsbedingungen zugemessen (siehe offener Eintrittsbereich der Luft 5 im unteren Teilbild von Fig. 7). Voraussetzung dafür ist, dass die Flüssigbrennstoffleitung 12 fest am Gehäuse angebracht ist und der Brenner 1 fest an der in Fig. 7 nicht dargestellten Brennkammer 10 angeordnet ist.
Selbstverständlich sind zur Drosselung der Zerstäuberluft 5 der erfindungsgemässen airblast-Düse bei Gasbetrieb auch andere, bereits bekannte Drosselmechanismen, wie beispielsweise die Abdrosselung der Luft 5 durch Verdrängung mittels Pilotgas 9 anwendbar.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich die erfindungsgemässe airblast-Düse durch folgende Eigenschaften auszeichnet:
  • kompakte Bauweise mit minimalem Durchmesser
  • geringer Druckverlust in der Düse
  • Auslegungsdruckabfall an der Zerstäuberlippe
  • keine Bauteile am Düsenaustritt, die zu Ablagerung bzw. Überhitzung neigen
  • enger Sprühwinkel α
  • einfache Kalibrierbarkeit und Auswechselbarkeit der kritischen Ölquerschnitte.
Bezugszeichenliste
1
Brenner
2
airblast-Düse
3
Brennstofflanze
4
Flüssigbrennstoff
5
Luft für die airblast-Düse
5a
äusserer Luftstrom
5b
innerer Luftstrom
6
gasförmiger Brennstoff
7
Hauptbrennerluft
8
Brennerhaube
9
Pilotgas
10
Brennkammer
11
Düsenachse
12
Brennstoffrohr
13
äusserer Luftkanal
14
innerer Luftkanal
15
Luftzuführungsleitung
16
Zerstäubungsquerschnitt
17
Brennerinnenraum
18
Zwischenwand
19
Zerstäuberkante
20
Zerstäuberlippe
21
Stützelemente
22
Pilotgaskanal
23
Düsenaussenkörper
24
Öldruckzerstäuber
25
Bohrungen
26
Wehr
27
Drallerzeuger
28,29
Schiebestelle
α
Sprühwinkel

Claims (10)

  1. Airblast-Zerstäuberdüse (2) für den Betrieb eines mit flüssigen und gasförmigen Brennstoffen (4, 6) betriebenen Brenners (1), wobei die Düse (2) im wesentlichen aus einem zentral um die Düsenachse (11) angeordneten Flüssigbrennstoffrohr (12) mit mindestens einem am stromabwärtigen Ende sich befindenden Mittel zum Aufbringen des flüssigen Brennstoffs (4) auf eine Zerstäuberkante (19) besteht, sowie aus zwei von einer Luftzuführungsleitung (15) gespeisten konzentrischen Luftkanälen (13, 14) und wahlweise aus einem konzentrisch dazu angeordneten Pilotgaskanal (22), wobei die Kanäle (13, 14, 22) jeweils durch Zwischenwände (18) voneinander getrennt sind, sowie aus einem Düsenaussenkörper (23), wobei die Luftkanäle (13, 14) am Zerstäubungsquerschnitt (16) der Düse (2) in den Brennerinnenraum (17) münden, der äussere Luftkanal (13) sich vor dem Zerstäubungsquerschnitt (16) verengt und die Zwischenwand (18) zwischen innerem (14) und äusserem Luftkanal (13) am stromabwärtigen Ende die Zerstäuberkante (19) bildet, und die Zwischenwand (18) zwischen innerem (14) und äusserem Luftkanal (13) über innere und äussere Stützelemente (21), wobei die inneren Stützelemente zwischen der Zwischenwand (18) und dem Brennstoffrohr (12) und die äusseren Stützelemente (21) zwischen der Zwischenwand (18) und dem Düsenaussenkörper (23) angeordnet sind, gehalten wird, dadurch gekennzeichnet dass die Zerstäuberkanten (19) über ihre gesamte Länge in Richtung Düsenachse (11) abgewinkelt sind.
  2. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigbrennstoffrohr (12) axial verschiebbar ist, während der Düsenaussenkörper (23) Bestandteil des Brenners (1) und somit fest fixiert ist.
  3. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Einzelbestandteile fest fixiert sind und die Düse (2) nur im ganzen axial verschiebbar ist.
  4. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schiebestelle (28) zwischen den inneren Stützelementen (21) am Flüssigbrennstoffrohr (12) und der Zwischenwand (18) zwischen dem inneren (14) und dem äusseren Luftkanal (13) vorgesehen ist.
  5. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aufbringen des flüssigen Brennstoffes (4) ein Öldruckzerstäuber (24) ist.
  6. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruckzerstäuber (24) ein Hohlkegelzerstäuber ist.
  7. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruckzerstäuber (24) ein Vollkegelzerstäuber ist.
  8. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufbringen des flüssigen Brennstoffes (4) radial oder schräg angeordnete Bohrungen (25) am geschlossenen Ende des Brennstoffrohres (12) sind.
  9. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zerstäuberkante (19) Wehre (26) angeordnet sind.
  10. Airblast-Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren und/oder inneren Stützelemente (21) als Drallerzeuger (27), insbesondere als Drallschaufeln, ausgeführt sind.
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