Verfahren zum Verbrennen von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in einer Feuerung. Um flüssige oder gasförmige Brennstoffe vollständig zu verbrennen, müssen dieselben der Sauerstoffatmosphäre in möglichst guter Verteilung zugeführt werden. Insbesondere gilt dies für die flüssigen Brennstoffe. Es muss dafür gesorgt werden, dass jedes zu ver brennende, kleinste Flüssigkeitsteilchen im mer von einer genügenden Sauerstoffatmo sphäre umgeben ist.
Alle Bestrebungen, ins besondere im Zusammenhange mit Ölbren nern für Feuerungen von Kesseln, gehen daher immer dahin, Mischung und Vertei lung des in die Luft eingeführten Brennstof fes auf möglichst zweckmässige Weise zu er reichen.
Bei bekannten Brennern, die mit flüs sigem Brennstoff arbeiten, wird der Brenn stoff einer Sauerstoffatmosphäre, vornehm lich Luft, meist zwangsläufig zugeführt. Da bei wird zu dessen Förderung und Zerstäu- bung entweder Druckluft verwendet, welche die benötigte Flüssigkeitsmenge durch geeig- nete Düsen hindurch in den Feuerraum hin- einreisst oder hineinpresst, oder aber, der flüs sige Brennstoff wird dem Feuerraum selbst unter Druck zugeführt, indem er von einer Pumpe, die denselben auf den erforderlichen, mehr oder weniger hohen Druck bringt, durch passende Öffnungen hindurch in den Feuerraum gedrückt wird.
Welches immer auch das Verfahren ist, nach dem dabei gearbeitet wird, so wird doch stets darnach getrachtet, auf kürzestem Raum die bestmögliche Mischung von Luft und Brennstoff zu erhalten. Zu diesem Be- hufe ist bereits eine grosse Zahl von Vor schlägen gemacht worden, welche in erster Linie die mechanische Ausbildung der Ein führdüsen oder die Führung der verschie denen Luft- und Gasströme betreffen.
Mit Hilfe von Führungen, die an den Einführ- öffnungen für den Brennstoff vorgesehen werden, wird unter anderem darnach getrach tet, dem Brennstoff, ferner einer gewissen Menge sekundärer Einspritzluft und der eigentlichen Verbrennungsluft Wirbelbewe gungen zu erteilen, um dadurch im Brenn- raum eine möglichst innige Mischung des Brennstoffes und der Luft zu erhalten.
Die sen hier skizzierten Verfahren: Einspritzen des Brennstoffes mittels Hilfsluft. oder direk tes Einspritzen des Brennstoffes in den Feuerraum unter Druck, ist gemeinsam, dass die Zuführung des Brennstoffes in die Ver brennungsluft in einem oder mehreren ste tigen, kontinuierlichen Brennstoffstrahlen erfolgt. Die Verteilung und Mischung des Brennstoffes mit der umgebenden Luft ge schieht durch natürliche, turbulente Mi schung, eventuell unterstützt durch zwangs mässige Wirbelung der Umgebungsluft. des eingeführten Strahls mit der Umgebung, wo bei immer ein mehr oder weniger langer, voll ständiger Brennstoffkern, ausgehend von der Einspritzöffnung, bestehen bleibt.
Um eine befriedigende Verbrennung auch geringerer Brennstoffmengen pro Zeiteinheit in Feuerstätten zu erreichen, ist ferner vor geschlagen worden, den Brennstoff in fein verteiltem Zustand in den Verbrennungs raum derart einzuführen, dass die Menge des eingeführten Brennstoffes unaufhörlich schwankt, wobei die eingespritzte Brennstoff menge bis Null schwanken kann.
Im Gegensatz zu diesen bekannten Ver fahren zum Verbrennen von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff in einer Feuerung besteht das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung darin, dass erstens der Brennstoff in einen ununterbrochenen, stetigen Strom von Verbrennungsluft eingeführt wird, zwei tens die Einführung unter einem Drucke von mindestens 10 Atmosphären erfolgt, und drittens diese Einführung intermittierend so stattfindet, dass die Zeitdauer der Brennstoff einführung jeweils einen kleineren Bruchteil als die Hälfte der Zeitdauer zwischen den einzelnen Einspritzfolgen ausmacht.
Im Ge- _aensatze zu dem erwähnten. bekannten Ver fahren. welches die eingeführte Brennstoff menge unaufhörlich schwanken lässt, um noch kleine Brennstoffmengen befriedigend ver- brennen zu können, ermöglicht das bean spruchte Verfahren selbst grösste Brennstoff mengen in restloser Weise zu verbrennen.
Dadurch nämlich, dass der Brennstoff inter- mittierend während einer kurzen Periode in einem ununterbrochenen stetigen Strom unter hohem Druck eingeführt wird, und zwar vor zugsweise in Richtung des stetig fliessenden Verbrennungsluftstromes, lassen sich ein zelne, von Anfang an scharf voneinander ge trennte Schichten von Verbrennungsluft einerseits und Brennstoff anderseits erhalten. Die Brennstoffschichten sind zufolge der kur zen Einspritzzeiten sehr dünn und vermischen sich wegen der turbulenten Luftbewegung <B>; u</B> sserst rasch mit den benachbarten Luft schichten, da die zwischenliegenden Luft schichten ebenfalls am Mischvorgang teil nehmen.
Indem ferner der Brennstoff unter hohem Druck in den ununterbrochenen, ste tigen Luftstrom eingeführt wird, lassen sich einmal, trotz der Kürze der einzelnen Brenn stoffeinführperioden, grosse Brennstoffmen gen einspritzen, und zweitens bedingt der hohe Einführungsdruck, dass der Brennstoff in der Verbrennungsluft rasch und fein ver teilt wird, was zu einer guten Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft wesentlich beiträgt. Ferner bewirkt der hohe Einspritz- druck, dass der sich aus Luft- und Brenn stoffschichten zusammensetzende Brennstoff strahl nach allen Stellen der Brennkammer verteilt wird.
Unter "hohem Einspritzdruck" sind im vorliegenden Zusammenhange Drücke zu verstehen, die immer mehr als "einige Atmosphären" betragen, also zumindest über 10 Atmosphären liegen. Vielfach wird jedoch der erforderliche Einspritzdruck selbst meh rere hundert Atmosphären betragen; er kann durch besondere Einspritzpumpen erzeugt werden. Auch kann unter Umständen der Brennstoff aus einem Druckbehälter durch intermittierendes Öffnen und Schliessen des selben entnommen werden.
Das beschriebene Verfahren bietet nicht nur den Vorteil der besseren Mischung, und damit der besseren Verbrennung, sondern auch die Möglichkeit, die Regelung der Ver- brennung bei verschiedenen Belastungen des Brenners einwandfrei zu gestalten. Zum Zwecke der Regelung kann beispielsweise die Anzahl der Einspritzungen je Zeiteinheit ge wechselt werden. Dabei können der Einspritz- druck und damit die Reichweite der Brenn stoffteile im Brennraum immer dieselben bleiben.
Bei Verwendung geeigneter För derpumpen kann jedoch auch die je Hub ge lieferte Brennstoffmenge leicht geändert wer den, oder es kann die Länge der Einspritz- zeit, während welcher die intermittierende Zufuhr des Brennstoffes erfolgt, durch Steue rung der Pumpe geregelt werden, was eben falls einer Regelung der je Zeiteinheit zu ver brennenden Brennstoffmenge gleichkommt.
Die Einspritzung des Brennstoffes in den ununterbrochenen, stetigen Strom von Ver bindungsluft kann mittels Druckluft oder auch unmittelbar erfolgen. Dabei kann es sieh um flüssigen oder gasförmigen Brenn stoff handeln.
Durchgeführte Versuche haben gezeigt, da.ss sich bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens selbst beim Einführen grosser Brennstoffmengen wirklich eine bessere Ver brennung des Brennstoffes in der Feuerung als bisher erreichen lässt, was dem Zusam menwirken der verschiedenen Massnahmen des die Erfindung ausmachenden Verfahrens zu zuschreiben ist. Dabei lassen sich Brenner und Brennkammern zur Ausführung des be schriebenen Verfahrens denkbar einfach und billig ausführen, weil sich Förderpumpen üblicher Bauart für die Einspritzung des flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes ver wenden lassen und daneben lediglich einfache Brennstoffleitungen mit vorgesetzten Düsen zur Brennkammer geführt werden müssen.
Process for burning liquid or gaseous fuels in a furnace. In order to burn liquid or gaseous fuels completely, they must be supplied to the oxygen atmosphere in the best possible distribution. This applies in particular to liquid fuels. It must be ensured that every tiny liquid particle to be burned is always surrounded by a sufficient oxygen atmosphere.
All efforts, especially in connection with oil burners for firing boilers, are therefore always aimed at mixing and distributing the fuel introduced into the air in the most appropriate way possible.
In known burners that work with liquid fuel, the fuel is supplied to an oxygen atmosphere, primarily air, mostly inevitably. In this case, either compressed air is used to convey and atomize it, which tears or presses the required amount of liquid through suitable nozzles into the furnace, or the liquid fuel is fed to the furnace itself under pressure by by a pump, which brings the same to the required, more or less high pressure, is pushed through suitable openings into the furnace.
Whatever the process used, the aim is always to obtain the best possible mixture of air and fuel in the shortest possible space. A large number of proposals have already been made in relation to this, which primarily concern the mechanical design of the introduction nozzles or the management of the various air and gas flows.
With the help of guides that are provided at the fuel inlet openings, efforts are made, among other things, to induce swirling movements in the fuel, a certain amount of secondary injection air and the actual combustion air in order to achieve as much turbulence as possible in the combustion chamber to obtain intimate mixing of the fuel and the air.
The process outlined here: Injection of the fuel using auxiliary air. or direct injection of the fuel into the furnace under pressure, has in common that the fuel is fed into the combustion air in one or more steady, continuous fuel jets. The distribution and mixing of the fuel with the surrounding air is done by natural, turbulent mixing, possibly supported by forced swirling of the surrounding air. of the introduced jet with the environment, where there is always a more or less long, fully constant fuel core, starting from the injection opening.
In order to achieve satisfactory combustion of even smaller amounts of fuel per unit of time in fireplaces, it has also been proposed to introduce the fuel in a finely divided state into the combustion chamber in such a way that the amount of fuel introduced fluctuates continuously, with the amount of fuel injected fluctuating to zero can.
In contrast to these known methods for burning liquid or gaseous fuel in a furnace, the method according to the present invention consists in firstly introducing the fuel into an uninterrupted, steady stream of combustion air, secondly introducing it under a pressure of at least 10 Atmospheres takes place, and thirdly, this introduction takes place intermittently in such a way that the duration of the fuel introduction is in each case a smaller fraction than half the duration between the individual injection sequences.
In the beginning of the above. known method. which allows the amount of fuel introduced to fluctuate continuously in order to still be able to burn small amounts of fuel satisfactorily, the claimed method enables even the largest amounts of fuel to be burned completely.
Because the fuel is introduced intermittently for a short period in an uninterrupted steady flow under high pressure, preferably in the direction of the steady flow of combustion air, individual layers of combustion air, sharply separated from one another from the start, can be created on the one hand and fuel on the other. Due to the short injection times, the fuel layers are very thin and mix because of the turbulent air movement <B>; Stratify very quickly with the neighboring air, as the air layers in between also take part in the mixing process.
In addition, by introducing the fuel under high pressure into the uninterrupted, steady air flow, large amounts of fuel can be injected despite the shortness of the individual fuel introduction periods, and secondly the high introduction pressure means that the fuel in the combustion air is quick and fine ver is divided, which contributes significantly to a good mixture of fuel and combustion air. Furthermore, the high injection pressure has the effect that the fuel jet, made up of layers of air and fuel, is distributed to all points in the combustion chamber.
In the present context, “high injection pressure” is understood to mean pressures which are always more than “a few atmospheres”, that is to say at least above 10 atmospheres. In many cases, however, the required injection pressure will even be several hundred atmospheres; it can be generated by special injection pumps. Under certain circumstances, the fuel can also be taken from a pressure vessel by opening and closing the same intermittently.
The method described offers not only the advantage of better mixing, and thus better combustion, but also the possibility of properly regulating the combustion when the burner is subjected to different loads. For the purpose of regulation, for example, the number of injections per unit of time can be changed. The injection pressure and thus the range of the fuel components in the combustion chamber can always remain the same.
When using suitable feed pumps, however, the amount of fuel delivered per stroke can also be changed slightly, or the length of the injection time during which the intermittent supply of fuel takes place can be regulated by controlling the pump, which is also the case Regulation of the amount of fuel to be burned per unit of time is the same.
The injection of the fuel into the uninterrupted, steady stream of connecting air can take place by means of compressed air or directly. It can be liquid or gaseous fuel.
Tests carried out have shown that when the method described is used, even when large amounts of fuel are introduced, better combustion of the fuel in the furnace than before can be achieved, which can be attributed to the interaction of the various measures of the method which makes up the invention. Here, burners and combustion chambers can be carried out easily and cheaply to carry out the process described, because feed pumps of conventional design can be used for the injection of liquid or gaseous fuel and, in addition, only simple fuel lines with nozzles attached to the combustion chamber have to be performed.