CH279733A - Verbrennungseinrichtung. - Google Patents

Description

  Verbrennungseinrichtung.    Gegenstand der vorliegenden Erfindung  ist. eine Verbrennungseinrichtung zur Ver  brennung von pulverisiertem Brennstoff, die  eine Brennkammer mit kreisförmigem Quer  schnitt aufweist, welche einen axialen     Auslass     für die Verbrennungsgase besitzt sowie Mittel,  um der in diese Brennkammer einströmenden  Luft eine Wirbelbewegung um die     Brenn-          kammeraxe    zu geben. Eine solche Verbren  nungseinrichtung wurde in der schweizeri  schen Patentschrift Nr. 274978 näher beschrie  ben.

   Die Erfindung ist in jenen Fällen an  wendbar, in welchen die Verbrennung in  einem rasch strömenden Fluidum (im folgen  den mit Luft bezeichnet.) aufrechterhalten  werden soll, wobei die Erfindung die Verwen  dung von festem, pulverisiertem Brennstoff  vorsieht. --Mit der Bezeichnung  rasch strö  mend  für den die Verbrennung unterhalten  den Luftstrom ist gemeint, dass die Geschwin  digkeit des axial durch eine     Initial-Brennzone     strömenden Luftstromes, berechnet aus dem  pro Zeiteinheit durch den Querschnitt des       Strömungsweges    strömenden Volumens, ge  nügend gross ist in bezug auf die     Ausbrei-          tungsgeschwindigkeit    der Flamme im Brenn  stoff-Luft-Gemisch, um flammenlöschend wir  ken zu können.

   Für in Luft. verbrennende       Kohlenwasserstoff-Brennstoffe    hat die     Flam-          menausbreitungs-Geschwindigkeit    die Grössen  ordnung 0,3 m/sec bei Atmosphärentempera  tur. Die Erfindung ist anderseits besonders  auf Verbrennungseinrichtungen von Verbren-         nungsgasturbinen        und/oder        Strahltriebwerken     anwendbar, bei welchen die axiale Strömungs  geschwindigkeit der durch eine Verbrennungs  zone     strömenden    Luft, die wie erwähnt berech  net     wird,    3 bis 90     misec        betragen    kann oder  noch mehr, je nach den Abmessungen der  Anlage.  



  Erfindungsgemäss ist die Verbrennungs  einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die  Brennkammer einen dem     Durchfluss    von  Kühlluft dienenden Kühlmantel aufweist,  dessen     Auslass    über eine Leitung mit einer  pneumatischen     Brennstoff-Fördervorrichtung,     mittels welcher der Brennstoff in den     Einlass     der     Brennkammer    gefördert wird,     verbinden     ist, wobei die verbrauchte Kühlluft zur För  derung von zur Verbrennung bestimmten,  pulverisierten Brennstoffpartikeln dient.  



  An Hand der beiliegenden Zeichnung  soll der Erfindungsgegenstand beispielsweise  näher erläutert werden.  



       Fig.    1 zeigt einen     Axialschnitt    durch eine  Einrichtung gemäss der Erfindung,       Fig.    2 einen Schnitt nach der Linie     11-II     in     Fig.    1 und       Fig.    3 einen Schnitt nach der Linie       III-III    in     Fig.    1.  



  Gemäss der Zeichnung ist. eine durch In  nenwände 2, 3 gebildete     Brennkammer    1 mit       kreisförmigem    Querschnitt vorgesehen, die  nach aussen eine     konkave    Form aufweist,  wobei die Innenwand 2 von einer Aussenwand  4 umgeben ist     zwecks    Bildung eines Mantels      bzw. Ringkanals 5, welchem über eine     Einlass-          leitung    6 aus der Atmosphäre, z. B. mittels  eines Kompressors, Kühlluft zugeführt werden  kann, und zwar     tangential        und    am Umfang  des Ringkanals 5.

   Beim Betrieb strömt die  Luft mit. radial nach innen gerichteter     Wir-          belbewegLing    durch den Ringkanal 5     und        ver-          lässt        diesen    durch eine     Auslassöffni-mg    7 'und  gelangt über eine räumlich     gekrümmte    Lei  tung 8 in eine     Leitung    9 in der durch ge  strichelte Pfeile angegebenen Richtung.  



  Während die Luft durch den Ringkanal  5 strömt, nimmt sie von der Wand 2     Wärme     auf, wobei dieser Wärmeübergang durch ge  eignete Mittel erhöht werden kann, z. B.  durch Rippen an der Aussenfläche der Innen  wand 2. Geeignete (nicht gezeichnete)     Leit-          schaufeln    können ebenfalls im Innern des  Ringkanals 5 vorgesehen sein, um die ver  langte, spiralförmige, radial     einwärtsgerich-          tete    Strömung zu erreichen.  



  Infolge des abnehmenden Strömungsquer  schnittes der Kühlluft auf ihrem Strömungs  weg gegen den     Auslass    7 hin sinkt ihr Druck  und steigt ihre Geschwindigkeit unter bzw.  über den entsprechenden Wert am Einlass 6.  



  Die Leitung 9 besitzt einen kontinuierlich  abnehmenden Querschnitt und mündet an  ihrer engsten Stelle 10 in ein Rohr 12 mit  erweiterter     Einlassöffnimg    11, wobei der  Querschnitt des an einen Krümmer anschlie  ssenden Teils des Rohres 12 kontinuierlich zu  nimmt. Die Durchmesser des     Auslasses    10  und des     Einlasses    11 sind derart, dass der  statische Druck in dieser Zone gerade unter  dem Atmosphärendruck liegt und     demzufolge     hier nur eine     kleine    Luftmenge aus der Atmo  sphäre angesogen wird. Diese Lift strömt  durch eine     Zufuhranlage    15 für pulverisier  ten Brennstoff, der z.

   B. mittels einer archi  medischen Schraube 16 gefördert werden  kann, wobei die genannte Luft solchen pulve  risierten Brennstoff in die Leitung 12 mit  reisst. Die Leitungen 9 und     1.2    bilden also  eine pneumatische     Brennstoff-Fördervorrieh-          tung.     



  Der     Luft-Brennstoff-Strom    gelangt an  schliessend durch die Leitung 12, wie dies    durch die voll ausgezogenen Pfeile angedeutet  ist, in eine     Einlassspirale    13, die in einen  Ringkanal 11 mündet, der zwischen der In  nenwand 3 der     Brennkammer    1 und     einer     Aussenwand 17 gebildet ist.. Der aus der Spi  rale 13     tangential    in den Kanal 14 eintretende       Luft-Brenlistoff-Strom    bewegt sieh radial aus  wärts durch den Ringkanal 14, wobei er durch  den     Wärmeübergang    von der Wand 3 er  wärmt wird, bis er eine ringförmige Öffnung  18 erreicht, durch welche er zur Verbrennung  in die Brennkammer 1 strömt.  



  Während des     Strömens    gegen die     Öffnun-          18    hin bewegt sieh der     Luft-Brennstoff-Strom     in Form einer Spirale mit     zunehmendem     Querschnitt, ähnlich wie in einem     Diffusor.     Die Anordnung ist dabei zweckmässig derart,  dass der Druck dieses Stromes beim Erreichen  der Öffnung 18 nur wenig über dem in der  Kammer 1 herrschenden Druck liegt. Zufolge  des     Wärmeüberganges    von der Innenwand 3  erhöht sieh die Temperatur dieses Luftstro  mes, wobei dieser Wärmeübergang durch An  ordnung von Rippen an der Wand 3 erhöht  werden kann.  



  Wie dies in der vorangehend     erwähnten     Patentschrift beschrieben ist, strömt die Luft  und der Brennstoff während der Verbren  nung in der     Brennkammer    1 in einer Wirbel  strömung um die     Axe    der Kammer 1, wobei  die Brennstoffpartikel einen Weg von kon  tinuierlich abnehmendem Radius     zuriieklegen,     weil diese Partikel im Verlauf ihrer Verbren  nung zunehmend an Grösse verlieren; die Ver  brennungsgase verlassen zusammen mit even  tuell nicht verbrannten Brennstoffpartikeln  die Kammer 1 durch die axiale     Auslassöff-          nung    23.  



  Wie dies ebenfalls in dieser Patentschrift  beschrieben ist, sind die Geschwindigkeiten  und Wege der Partikel in der     Brennkammer     1 weitgehend durch die Form der Begren  zungswände bestimmt., da die     Radialkompo-          nente    der Gasgeschwindigkeit in jedem ein  zelnen     Radialabstand    von der     Aae    des Wir  bels von dem der     Radialströmung    an dieser  Stelle zur Verfügung stehenden     Querschnitt     abhängt. Durch entsprechende Ausbildung      der Wandung der     Brennkammer    und durch  Wahl der entsprechenden Betriebsbedingun  gen kann jede beliebige Bewegung der Brenn  stoffpartikel erreicht werden.  



       Gemäss    der Zeichnung besitzt die     Brenn-          kammer    1     Begrenzungswände    solcher     Ausbil-          clung,    dass der Abstand zwischen einem Punkt  der einen Wand und dem entsprechenden  Punkt auf der     gegenüberliegenden    Wand in       Aelisriehtung    gemessen sich vom Umfang bis  zum     Auslass    stetig ändert, mit der Änderung  des     Radialabstandes    dieser Punkte von der  genannten     Axe    und mit kleiner werdendem  Radius zunimmt.  



  Die Wände sind     zweckmässig    konkav von  aussen gesehen.  



  Im Innern des Ringkanals     1.1    können  Mittel vorgesehen sein, um einen Teil der  Luft des     Luft-Brennstoff-Stromes    vor dessen  Eintritt in die Brennkammer 1. abzuzapfen.  Diese Mittel können z. B. eine Stauplatte 19  aufweisen, die im     Peripheriebereieh    des  Kanals 14     angeordnet    ist.

   Zufolge ihrer Träg  heit versuchen die grösseren Brennstoffparti  kel ihren     We;,    radial auswärts durch den  Kanal 1,4 in die     Brennkammer    1 fortzusetzen,  während ein Teil der Luft, der kleinere  Brennstoffpartikel enthält, um die Stauplatte  19 abgelenkt wird     und    durch die Öffnung 20  in eine     Ringkammer        21.    gelangt, wobei diese  Luft. mit der Primärluft zum Zwecke der       Vorwärninng    gemischt werden kann.

   Diese       1'riinäi@lnft    tritt durch eine Öffnung 22     tan-          gential    in die     Brennkammer    1 ein, um die ge  wünschte Wirbelbewegung um die     Axe    der  Kammer 1     zii    erzeugen.  



  Die in     Fig.    2 gezeigte Leitring zur Zufüh  rung der     Primärluft    zur     Einlassöffnung    22  kann mit Mitteln zur Zündung des Brenn  stoffes versehen sein, z. B. zur Erzeugung  einer Zündflamme mit flüssigem Brennstoff,  wobei die Zufuhr dieses Brennstoffes abge  stellt werden kann, wenn der feste Brennstoff       entzündet    ist.

   Es ist     zit    bemerken, dass bei der       Anwendung    einer solchen     Verbrennungsein-          richtung    in einer     CTastiirbinenanlage    der den       Einlassöffnungen    6 und 22 zuzuführende    Luftstrom vom     Auslass    eines Kompressors  kommt..  



  Das beschriebene Beispiel lässt weiter er  kennen, dass sieh eine Einrichtung der be  schriebenen Art auch in solchen Kraftanlagen  anwenden lässt, bei welchen nicht nur die Auf  rechterhaltung einer stabilen Verbrennung in  rasch strömender Luft verlangt wird, sondern  auch bei hohen     Luft-Brennstoff-Verhältnissen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verbrennungseinrichtung zur Verbrennung von pulverisiertem Brennstoff, die eine Brenn- kammer mit kreisförmigem Querschnitt auf weist, welche eine axiale Aiislassöffnung für die Verbrennungsgase besitzt sowie Mittel, um der in diese Brennkammer einströmenden Luft eine Wirbelbewegung um die Brennkam- ineraxe zu geben, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer einen dem Durchfliess von Kühlluft dienenden Mantel aufweist,

   dessen Auslass über eine Leitung mit einer pneumati schen Brennstoff-Fördervorrichtung verbun den ist, mittels welcher Brennstoff in den Einlass der Brennkammer gefördert wird, wo bei die verbrauchte Kühlluft zur Förderung von für die Verbrennung bestimmten pulveri sierten Brennstoffpartikeln dient. UNTERANSPRLTCHE 1.. Verbrennungseinrichtung nach Patent anspruch, gekennzeichnet. durch Mittel, um dem Kühlluftstrom im Innern des Mantels eine radial nach innen gerichtete Wirbelbewe gung um die Brennkammeraxe zu erteilen. 2.

   Verbrennungseinrichtung nach Unter ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Brennkammer mit einem Einlass zur Zufuhr von Primärluft. versehen ist, während die die Brennstoffpartikel enthaltende, verbrauchte Kühlluft. als Sekundärluft in die Brennkam- mer eintritt. 3.

   Verbrennung einrichtung nach Unter- anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom tangential und am Umfang des lIantels in diesen eingeführt wird.

   Verbrennungseinrichtung nach Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verbrauchte, die Brennstoffpartikel enthal tende Kühlluft vor ihrem Übertritt in die Brennkammer zwecks Vorwärmung über eine Wandung der letzteren geführt wird. 5. Verbrennungseinrichtung nach Unter- anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Fördervorrichtung über eine Spirale in den Brennkammereinlass mündet.

   6. Verbrennungseinrichtung nach Unter anspruch 5, gekennzeichnet :durch Mittel, um den Strom der die Brennstoffpartikel tragen- den verbrauchten Kühlluft eine über die Wan dung der Brennkammer führende, radial nach aussen gerichtete Wirbelbewegung mitzuteilen. 7. Verbrennungseinrichtung nach Unter anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, -dass Mittel vorgesehen sind, um einen Teil der die Brennstoffpartikel enthaltenden Sekundärluft vor ihrem Eintritt in die Brennkammer abzu zapfen und um diesen Teil vor dem Eintritt der Primärluft in die Brennkammer mit dieser Primärluft zu mischen.