WO1997018414A1

WO1997018414A1 - Brennstoffzerstäuber

Info

Publication number: WO1997018414A1
Application number: PCT/EP1996/004991
Authority: WO
Inventors: Andreas Patz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 1998-05-15
Also published as: DE19542530C2; ES2173327T3; EP0865589A1; EP0865589B1; ATE212114T1; DE19542530A1; DE59608607D1

Abstract

In einem Brennstoffzerstäuber wird über eine Zerstäubermediumzufuhrleitung (11) Zerstäubermedium unter einem Winkel, mit einem über eine Brennstoffzufuhrleitung (10) zugeführten Brennstoff zusammengebracht und anschliessend über eine spiralförmig um einen Drallkörper (9) herumlaufende Nut (3) in Richtung einer Austrittsöffnung geleitet.

Description

Brenns t offzers tauber Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzerstauber, der vorzugsweise im Bereich der Hochtemperaturfeuerung und dabei insbesondere bei der Beheizung zum Glas- schmelzwannen eingesetzt und der mittels einer Brennstoff- und Zerstäubermedium¬ zufuhrleitung insbesondere mit Schweröl als Brennstoff und mit sauerstoffhaltiger Druckluft als Zerstaubermedium betrieben und aus dessen Austrittsöffnung ein Ge¬ misch von Brennstoff und Zerstaubermedium abgestrahlt wird Es ist bekannt, daß insbesondere bei der Beheizung von Glasschmelzwannen die Brennstoffzerstaubung durch einen um den axial austretenden, vorwiegend aus Schweröl bestehender Brennstoffstrahl konzentrisch angeordneten Strahl des Zer- staubermediums, welcher mit einem zur Hauptstromungsπchtung liegenden tangen- tialen Impuls beaufschlagt ist, erfolgt und dadurch der Brennstoff nicht nur zerstaubt sondern auch mit Sauerstoff angereichert wird Das Zerstaubermedium trifft vorwie- gend erst kurz vor dem Dusenaustπtt auf den Brennstoff strahl, so daß die Vermi¬ schung von Brennstoff und Zerstaubermedium hauptsachlich nach dem Austritt aus dem Brennstoffzerstauber —also erst innerhalb des Brennraumes— erfolgt. Insbeson¬ dere bei der Herstellung von Glasschmelzen sind hohe Temperaturen —insbesondere in der Flammenwurzel— notwendig. Die Temperatur in der Fiammenwurzel ist erheb- lieh von der dort enthaltenen Sauerstoffmenge abhangig. Zum Erreichen der erforder¬ lichen hohen FJammenwurzeltemperatur reicht der im Brennraum enthaltene Sauer¬ stoff nicht aus, so daß es notwendig ist, den Brennstoff bereits beim Austritt aus der Zerstäuberdüse mit Sauerstoff anzureichern, wodurch die im folgenden beschriebene NO.-Bildung unterstutzt wird Grundsatzlich entsteht bei allen Verbrennungen Stickstoffoxid, jedoch ist die Bildung von den jeweiligen Prozeßbedingungen abhängig. Bei allen Hochtemperaturfeuerun¬ gen — insbesondere bei Temperaturen über 1 200 °C — entsteht das thermische NO aus dem N₂ der Verbrennungsluft. Der im Brennstoff enthaltene Stickstoffanteil be¬ wirkt vornehmlich in der Flammenwurzel eine anteilige NO-Bildung, die in der Oxida- tionszone der Flamme und in der Nachreaktionszone durch anwesende Reaktionshil¬ fen wie CH, CH₂, CH₃, H₂0 und OH unterstützt wird. Die teilweise Aufoxidierung des NO zu N0₂ erfolgt im Abgasstrom bis zur Abkühlung der Rauchgase auf unter 600°C

ORIGINAL UNTERLAGEN Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Brennstoffzerstäubers, der insbeson¬ dere bei der Hochtemperaturfeuerung hohe Flammenwurzeltemperaturen mit einer gegenüber den bekannten Zerstäubungsvorrichtungen reduzierten NO_x-Emission und zudem eine Anpassung der Flammenform an die Brennraumgeometrie ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzerstauber gelöst, in dem der Brennstoff unter einem Winkel —vorzugsweise einem rechten Winkel— mit dem Zerstäuberme¬ dium zusammengeführt und so eine Zerstäubung bzw. Vermischung von Brennstoff und Zerstäubermedium vor den auf dem vorzugsweise zylindrischen Drallkörper be¬ findlichen spiralförmig angeordneten Nuten erfolgt, in denen das Gemisch aus Brenn- stoff und Zerstäubermedium mit einem zur Hauptströmungsrichtung tangentialen Impuls beaufschlagt wird, so daß bereits mit geringen im Zerstäubermedium enthal¬ tenen Mengen an Sauerstoff die erforderlichen hohen Flammentemperaturen — insbesondere in der Flammenwurzel— erreicht werden.

Eine Anpassung der Flammengeometrie an den Brennraum ist durch Variation des Steigungswinkels der auf dem Drallkörper aufgebrachten Nuten möglich, da mit stei¬ gendem tangentialen Impuls des Brennstoffgemisches die Flammenlänge ab- und gleichzeitig der Flammendurchmesser zunimmt. Nach VDI-Bericht Nr. 21 1 , 1 974, Seite 60, beträgt der Öffnungswinkel einer Freistrahlflamme etwa 20° und kann mit einem starken tangentialen Impuls bis auf 1 80°, bei gleichzeitig verkürzter Flammen- länge vergrößert werden. Die Flammenlänge kann zudem bei gleichbleibenden Mas¬ senströmen durch Variation der Austrittsöffnung bzw. durch eine Veränderung der freien Strömungsfläche (Summe alle Nutenquerschnittsfiächen) innerhalb des Drall¬ körpers an die Brennraumgeometrie angepaßt werden.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig.1 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzerstäu¬ bers;

Fig.2-8 mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Brennstoffzerstäu¬ bers gemäß Fig.1 mit unterschiedlich gestalteten Austrittsöffnungen; In einem in Fig1 dargestellten, auf die Brennstoffzufuhrleitung aufgesteckten und aus zwei Bauteilen (2) und (5) bestehenden Brennstoffzerstauber wird der Brennstoff — vorzugsweise Schweröl — über die Brennstoffzuleitung (1 0) , in der nicht dargestellte Ventile vorgesehen sind und die an einer ebenfalls nicht dargestellten Ölpumpe ange- schlössen ist, mit einem einstellbaren, durch Vorheizung pumpfahigen Massenstrom von Schweröl versorgt Auf die konzentrisch zu der Brennstoffzuleitung (10) ange ordnete Zerstäubermediumzufuhrleitung ( 1 1 ) wird die Brennerkappe ( 1 3) aufge¬ schraubt Mit der Brennerkappe (1 3) wird Bauteil (5) entgegen der Hauptstromungs richtung auf das mit einer Dichtung versehene Bauteil (2) gepreßt, das auf die Brenn Stoffzufuhrleitung (10) aufgesteckt ist Zwischen Bauteil (5) und der Brennerkappe ( 1 3) befindet sich keine Austrittsoff nung, so daß das Zerstaubermedium an der In nenseite der Brennerkappe ( 1 3) gefuhrt wird, bevor es durch mindestens eine im Bauteil (5) eingebrachte Bohrung ( 1 ?⁾ entgegen der Hauptstromungsnchtung umge- lenkt und anschließend in dem zwischen Bauteil (2) und (5) befindlichen — vorzugsweise halbkreisförmigen Spalt (7) — zum Zentrum geleitet und somit wieder in Hauptstromungsπchtung umgelenkt wird

Die Fuhrung des Zerstaubermediums entlang der Brennerkappe ( 1 3) und durch die im Bauteil (5) eingebrachten Bohrungen ( 1 2) bewirken eine Kühlung der eingesetzten Bauteile (2) und (5) sowie der Brennerkappe ( 1 3), wenn die Temperatur des Zerstau bermediums unterhalb der bei der Verbrennung entstehenden Umgebungstemperatur liegt Ist diese Kühlung nicht notwendig, so kann auf eine Umlenkung des Zerstau¬ bermediums verzichtet werden Durch mindestens eine im Bauteil (2) eingebrachte Bohrung (6) wird der Brennstoff vorzugsweise in einem rechten Winkel zur Haupt stromungsπchtung vom Zentrum hin nach außen auf die dem Zentrum zugewandte Seite von Bauteil (5) gefuhrt Das aus dem Spalt (7) austretende Zerstaubermedium trifft unter einem Winkel —vorzugsweise dem rechten Winkel— auf den Brennstoff Das Zusammentreffen von Zerstaubermedium und Brennstoff erfolgt unmittelbar vor mindestens einer spiralförmigen auf einem vorzugsweise zylindrischen Drallkorper (9) angeordneten Nut (3), die mit einer Steigung großer null und kleiner unendlich verse hen ist Im Drallkorper (9) wird das Gemisch aus Brennstoff und Zerstaubermedium mit einem tangential zur Hauptstromungsrichtung liegenden Impuls beaufschlagt Eine Veränderung des tangentialen Impulses ermöglicht eine Variation des Flammen¬ durchmessers, gleichzeitig kann mit unterschiedlichen Ausfuhrungsformen des stromauf des Drallkorpers gelegenen Raumes (z B Laval-Duse ( 1 ), Diffusor (1 6), Du se ( 15) oder ein nicht bis zur Austπttsoffnung reichender Drallkorper (9) mit einem gegenüber dem Außendurchmesser des Drallkorpers verkleinerten- ( 1 8), vergroßer ten- (1 7) oder gleichen Austrittsdurchmesser ( 14)) der axiale Impuls des Brenn Stoffstrahls und somit auch die Flammenlange beeinflußt werden Bei der Verbrennung erreicht das austretende Gemisch durch eine verbesserte Vermi¬ schung von Brennstoff und Zerstaubermedium die bei der Verbrennung erforderliche Flammentemperatur — insbesondere in der Flammenwurzel — bereits mit deutlich re¬ duzierten Sauerstoffanteilen, wodurch die verminderte N0_X Emission ermöglicht wird Eine Anpassung der Flammenform an die Brennraumgeometrie erfolgt durch Variation des tangential zur Hauptstromungsπchtung liegenden Impulses, der vom Steigungs Winkel der auf dem Drallkorper befindlichen Nut bestimmt wird Unterschiedliche Bauformen des stromauf vom Drallkorper gelegenen Raumes ermöglichen eine An passung der Flammenlange durch Variation des axialen Brennstoffstrahlimpulses ebenso wie ein durch die Austπttsoffnung in den Brenπraum hineinragender Drallkor¬ per

Claims

Patentansprüche

1 . Brennstoffzerstauber mit einem Körper und mit in dem Körper ausgebildeten Lei¬ tungen für Brennstoff und Zerstäubermedium sowie eine Austrittsöffnung für ein Gemisch aus Brennstoff und Zerstäubermedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubermedium-Zuführleitung (1 1 , 4, 1 2, 7) und die Brennstoffzufuhrlei¬ tung ( 1 0, 6) in Hauptströmungsrichtung vor einem Drallkörper (9) unter einem Winkel aufeinander treffen und gemeinsam in mindestens eine, zur Aufnahme und Weiterlei- tung des Gemisches aus Brennstoff und Zerstäubermedium in Richtung der Aus¬ trittsöffnung, auf dem Drallkörper (9) ausgebildete, spiralförmig umlaufenden Nut (3) eintritt.

2. Brennstoffzerstauber nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Körper mindestens eine Leitung der Zerstäubermediumzufuhr (1 1 , 4, 1 2, 7) ausgebildet ist die wenigstens die minimale Streckenlänge zur Vermischung von Zerstäubermedium und Brennstoff aufweist.

3. Brennstoffzerstauber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubermedium-Zuführleitung (4, 7, 1 1 , 1 2) wenigstens in einem Strek- kenabschnitt (4, 1 2) so ausgebildet ist, daß das Zerstäubermedium auf die anliegen¬ den Teile der Körper (1 3, 2, 5) eine kühlende Wirkung ausübt.

4. Brennstoffzerstauber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubermediumzuführung (1 1 , 4, 1 2, 7) wenigstens in einem Streckenab¬ schnitt (1 2) so ausgebildet ist, daß die Strömung entgegen der Hauptströmungsrich- tung gerichtet ist.

5 Brennstoffzerstauber nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß dem Streckenabschnitt ( 1 2) der Zerstäubermediumzufuhrleitung ein kreisbogen formiger Streckenabschnitt (7) folgt, der in einem Streckenabschnitt (6) Brennstoff zufuhrleitung (6, 1 0) mundet

6 Brennstoffzerstauber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Streckenabschnitt (6) unter einem Winkel zur Hauptstromungsnchtung ver lauft

7 Brennstoffzerstauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Drallkorper (9) spiralförmig umlaufende Nut (3) in Abhängigkeit von der Art des Brennstoffes und des Zerstaubermediums und/oder von der Zerstauber- leistung und/oder der Brennraumgeometrie eine Steigung großer null und kleiner un endlich aufweist

8 Brennstoffzerstauber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Hauptstromungsnchtung hinter der spiralförmig umlaufenden Nut (3) und vor der Austπttsoffnung ein Raum ( 1 , 1 4, 1 5, 1 6, 1 7, 1 8) ausgebildet ist, mit dessen Gestaltung die Strömung des Brennstoff-Zerstaubermediumgemisches manipulierbar

9. Brennstoffzerstauber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkorper (9) aus der Austπttsoffnung in den Brennraum hinein ragt