DE3520781C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 2 94 042 bekannt. Dort wird flüssiger Brennstoff, nämlich Heizöl, mittels auf das Öl gerichteter Druckluft an einer an der dem Ver­ brennungsraum abgewandten Seite eines Zerstäuberkopfes ausgebildeten Kreisringfläche entlang derselben von innen nach außen zu einer scharfen Umfangskante getrieben, um dann dort durch einen darüberstreichenden Luftstrom in Richtung des Verbrennungsraumes zerstäubt zu werden. Das Heizöl wird also durch Druckluft regelrecht gegen die schneidenartige Umfangskante gedrückt, wodurch diese einer nicht unerheblichen Erosion ausgesetzt wird mit der Folge, daß sich dauerhaft eine störungsfreie Verbrennung nicht erzielen läßt. Des weiteren besteht die Gefahr, daß sich im Bereich der schneidenartigen Umfangskante Ablagerungen bilden, die einer guten Verbrennung ebenfalls abträglich sind.

Diese Nachteile treten insbesondere dann ein, wenn anstel­ le eines flüssigen Brennstoffs ein fester Brennstoff, ins­ besondere Kohle oder Torf, in pulverisierter Form entweder trocken oder mit einer Trägerflüssigkeit, wie Wasser und/ oder Öl, vermischt - wie in der DD-PS 1 45 316 vorgeschla­ gen - eingesetzt werden soll.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik nach der DE-PS 2 94 042 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, mit der sich eine Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad aufrechterhalten läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Es hat sich ge­ zeigt, daß die Vorrichtung sich auch zur Verbrennung fester Brennstoffe, insbesondere Kohle oder Torf, in pulverisierter Form entweder trocken oder mit einer Trä­ gerflüssigkeit, wie Wasser und/oder Öl, vermischt eignet.

Dies ist Gegenstand des einzigen Unteranspruchs.

Durch die erfindungsgemäß der die Brennstoff-Eintritts­ öffnung begrenzenden Schneidkante zugeordnete Druckluft­ strömung wird die Schneidkante, die die gewünschte Zer­ stäubung des in den Verbrennungsraum eingeleiteten Brenn­ stoffs gewährleistet, vor frühzeitiger Erosion bewahrt. Die eingeblasene Druckluft hält die Schneidkante frei von Brennstoff und auch Ablagerungen, so daß dauerhaft eine einwandfreie bzw. gute Verbrennung gewährleistet ist, und zwar selbst dann, wenn feste Brennstoffe eingesetzt werden.

Gemäß der DE-OS 35 18 080 gehört eine Verbrennungsvorrichtung mit kranzför­ mig angeordneten Eintrittsöffnungen für staubförmigen festen Brennstoff mit je­ weils einer umlaufenden Schneide von etwa dreieckförmigem Querschnitt und mit auf jede Eintrittsöffnung gerichteten Druckluftkanälen zum Stand der Technik, nicht dagegen eine ein­ zige zentral angeordnete Brennstoff-Eintrittsöffnung dieser Art.

Als feste Brennstoffe kommen vornehmlich Kohle in Frage, z. B. Steinkohle, bitumenhaltige Kohle, gasreiche Kohle oder ein Gemisch davon. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch zum Verbrennen von Schwerölen. Die Vor­ richtung ist also geeignet zu dauerhaft guten Verbrennung von üblicherweise schwer verbrennbaren Stoffen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäß ausgebildeten Vorrichtung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dort ist die Vorrichtung im schematischen Längsschnitt dargestellt. Die Zeichnung zeigt dabei nur einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, nämlich den Brennerteil mit Brennstoff- und Luft­ einlaß. Die diesen Einlässen zugeordneten peripheren Teile sowie der Verbrennungsraum sind in der Zeichnung zum bes­ seren Verständnis des Kerns der Erfindung weggelassen.

Der in der Zeichnung im schematischen Längsschnitt dargestellte Öl- und/oder Kohlebrenner weist einen Düsenkörper 36 mit einem zentralen in den Verbrennungs­ raum 16 mündenden Brennstoff-Einlaß in Form einer Brennstoff-Eintrittsöffnung 10 auf, die in der Stirn­ wand 12 des Verbrennungsraums 16 versenkt angeordnet ist und die von zwei Gaskanälen 14, 18 konzentrisch umgeben ist. Der den Düsenkörper 36 unmittelbar um­ gebende Gaskanal 14 mündet in den Verbrennungsraum 16 durch eine ringförmige Eintrittsöffnung 24, die der Brennstoff-Eintrittsöffnung 10 nächstgelegen ist. Durch den Kanal 14 strömt "Primärluft", die mit Verbrennungsgasen höherer Temperatur angereichert sein kann, wobei die aus der Öffnung 24 austretende Luft eine Strömungsgeschwindigkeit von 100 bis 200 m/s, vorzugsweise etwa 130 m/s, besitzt. Die die Öffnung 24 begrenzenden Seitenwandungen 20 und 22 sind jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet unter Bildung einer Ring­ düse. Unmittelbar vor dem Austritt der "Primärluft" kann diese durch nicht dargestellte Drallelemente in Form von Leitschaufeln um etwa 70° umgelenkt und damit in Rotation um die Längsachse 26 des Düsenkörpers 32 bzw. Verbrennungsraums 16 versetzt werden. Die "Primärluft" wird in den Gaskanal 14 mit einem Druck von etwa 98 bis 118 mbar eingeblasen.

Der Gaskanal 14 wird von dem weiteren Gaskanal 18 konzentrisch umgeben, dessen ringförmige, in den Ver­ brennungsraum 16 mündende Eintrittsöffnung 28 ebenfalls durch kegelstumpfförmige Seitenwandungen 30 und 32 begrenzt ist. Die Seitenwandungen 30, 32 sind jedoch so gerichtet, daß sie der aus der Ringöffnung 28 austretenden Gas­ strömung ein kegelartiges Strömungsprofil aufprägen, das die entgegengerichtete Strömung des Brenn­ stoffes sowie der aus der Ringöffnung 24 austretenden "Primärluft" durchdringt. Dadurch und durch die Zu­ rückversetzung der Brennstoff-Eintrittsöffnung 10 und der Ringöffnung 24 für die "Primärluft" gegenüber der Ringöffnung 28 für die "Sekundärluft" wird durch die aus dieser Ringöffnung 28 austretende Luftströmung ein Aufbrechen der Strömung des sich bereits in Rotation befindenden Brennstoffs erreicht, also eine zusätzliche Vergrößerung der wirksamen Ober­ fläche des Brennstoffs kurz nach dem Austritt aus dem Düsenkörper bzw. kurz nach Eintritt in den Ver­ brennungsraum 16 erzielt.

Vor Austritt der den Kanal 18 durchströmenden "Sekundär­ luft" kann dieses ebenfalls durch im Bereich der Ring­ öffnung 28 angeordnete Drallelemente in Form von Leit­ schaufeln umgelenkt, und zwar um etwa 40 bis 45° zur Längsachse 26, also in Rotation um die Längs­ achse 26 versetzt werden. Die Austrittsgeschwindigkeit des "Sekundärgases" beträgt etwa 120 bis 180 m/s, vor­ zugsweise 140 m/s. Die Ringspaltweite der Öffnung 28 ist ebenso wie die Ringspaltweite der Öffnung 24 durch Veränderung der Relativlage der sie begrenzenden Seiten­ wandungen 30, 32 veränderbar. In entsprechender Weise ist natürlich die Austrittsgeschwindigkeit der "Sekundär­ luft" variabel. Auch die "Sekundärluft" wird mit einem Druck von etwa 98 bis 118 mbar in den Ring­ kanal 18 eingeblasen. Die Ablenkung der "Sekundärluft" erfolgt im übrigen vorzugsweise in der gleichen Richtung wie die Ablenkung der "Primärluft", sofern eine solche vorgesehen ist.

Die "Sekundärluft" ist vorzugsweise nicht mit heißen Verbrennungsgasen angereichert, da es weniger als Trägermedium für den in den Verbrennungsraum 16 einge­ leiteten Brennstoff dient als vielmehr zur Vergrößerung der freien bzw. wirksamen Oberfläche desselben und der Anreicherung bzw. Versorgung der Brennstoffpartikel mit Sauerstoff.

Der den Düsenkörper 36, den diesen unmittelbar umge­ benden Ringkanal 14 und den von der "Sekundärluft" durchströmten Ringkanal 18 umfassende Bauteil ist als Ganzes in die Stirnwand 12 des Verbrennungsraumes 16 einsetzbar und somit auch leicht gegen ein entsprechendes, etwas modifiziertes Bauteil austauschbar.

Die Austrittsgeschwindigkeiten der "Primärluft" und der "Sekundärluft" bleiben in allen Betriebszuständen zwischen Start und Vollast etwa gleich. Nur die Aus­ trittsmengen werden verändert durch entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung der Spaltweiten der Ringöffnungen 24 und 28. Die Veränderung der Spaltweiten erfolgt gleicher­ maßen. Zu diesem Zweck ist ein zwischen den beiden Ringöffnungen 24 und 28 angeordnetes Ring­ mundstück 34, das die beiden benachbarten Seitenwandungen 22 und 30 der beiden Ringöffnungen 24 und 28 umfaßt, in Richtung der Längsachse 26 hin- und herver­ schiebbar gelagert. Das Ringmundstück 34 ist mit einem die beiden Gaskanäle 14, 18 voneinander trennenden Rohrmantel 38 verbunden, so daß die axiale Verschiebung des Ringmundstücks 34 durch entsprechende Einwirkung auf den Rohrmantel 70 erfolgt. Beim Start wird das Ring­ mundstück 34 in der Zeichnung nach rechts verschoben, so daß die Spaltweiten der Ringöffnungen 24 und 28 und damit die Menge der austretenden Luft ein Minimum sind. Bei Vollast sind die Ver­ hältnisse umgekehrt, d. h. das Ringmundstück 34 ist nach links verschoben, so daß die Ringöffnungen 24 und 28 maximal geöffnet sind. Entsprechend maximal ist die Austrittsmenge der "Primärluft" und der "Sekundär­ luft".

Das Kernstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Konfiguration des Düsenkörpers 36, insbesondere der Brennstoff-Eintrittsöffnung 10. Der Brennstoff-Einlaß ist durch eine zentrale, von einer umlaufenden Schneide 40 begrenzte Öffnung 10 gebildet. Dieser Öffnung 10 bzw. Schneide 40 sind mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete, etwa radial gerichtete Lufteintrittsöffnungen 42 zugeordnet. Die Luftein­ trittsöffnungen 42 sind über einen Ringkanal 44 mitein­ ander und mit einem gemeinsamen Druckluftkanal 46 mit einer nicht dargestellten, vorzugsweise variablen Druckluft­ quelle fluidverbunden. Die die Brennstoff-Eintritts­ öffnung 10 begrenzende Schneide 40 weist einen etwa dreieckförmigen Querschnitt auf. Die Luft-Ein­ trittsöffnungen 42 erstrecken sich dabei etwa in Ver­ längerung der innengelegenen Begrenzungsseite 48 der dreieckförmigen Schneide 40. Konkret sind die Luft- Eintrittsöffnungen 42 zur Längsachse 26 des Düsen­ körpers 36 bzw. des Verbrennungsraums 16 jeweils in einem Winkel von 70° gerichtet. Die Schneide 40 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Teil eines in den Düsenkörper 36 eingesetzten Mundstücks 50, das auch die Luft-Eintrittsöffnungen 42 umfaßt. Das Mund­ stück 50 ist im Düsenkörper eingeschraubt (Gewinde­ verbindung 52). Die Schneide 40 bzw. die nach innen gerichtete spitz auslaufende Kante derselben begrenzt die kreisrunde Öffnung 10. Durch die Schneide 40 wird der in den Verbrennungsraum 16 austretende Brennstoff spontan und unter Ausbildung eines im wesentlichen hohlen Sprühkegels aufgefächert. Durch die aus der die Brennstoffeintrittsöffnung 10 unmittelbar um­ gebenden Ringöffnung 24 austretende "Primärluft" wird der aufgefächerte Sprühkegel gewissermaßen ummantelt. Durch die durch die Ringöffnung 28 austretende "Sekundär­ luft" wird dann im Bereich der Stirnwand 12 der von der "Primärluft" begrenzte Sprühkegel aufgebrochen mit der Folge, daß nahe der Stirnwand 12 sich feinste Brenn­ stoffpartikel ausbilden, so daß auf kürzester Distanz eine nahezu vollständige Verbrennung innerhalb des Ver­ brennungsraums 16 stattfinden kann.

Mittels der durch die Luft-Eintrittsöffnungen 42 ein­ geblasenen Druckluft kann die Ausbildung des Sprüh­ kegels gut eingestellt werden an die jeweils gewünschten Bedingungen bzw. an die Art und Qualität des Brennstoffs, den es zu verbrennen gilt.

Die Luft-Eintrittsöffnungen 42 können auch noch jeweils schräg zur Radialen gerichtet sein, um dem austretenden Brennstoff/Luft-Gemisch eine Rotationsbewegung um die Längsachse 26 aufzuprägen, die dann gleich gerichtet ist mit der Rotationsbewegung der äußeren Luftströmung.

Die obenerwähnte Beimischung von Verbrennungsgasen zur "Primärluft" hat zwei Vorteile. Zum einen läßt sich so­ wohl der flüssige als auch der feste Brennstoff längs des Weges durch den zentralen Brennstoffkanal 54 vor­ wärmen. Zum anderen kann eine gewisse Nachverbrennung und damit ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Diese beiden Vorteile wiegen den Nachteil eines geringeren Sauerstoffanteils auf, zumal dieser Nachteil ohnehin durch die Beimischung von Druckluft durch die Luft- Eintrittsöffnungen 42 mehr als kompensiert wird. Bei reiner Kohleverbrennung ist es jedoch zweckmäßig, auf die Beimischung von Verbrennungsgasen zur "Primärluft" zu verzichten.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Verbrennen eines flüssigen Brennstof­ fes, wie Heizöl, mit einer in einen Verbrennungsraum mün­ denden Brennstoff-Eintrittsöffnung, welche durch eine umlaufende Schneide von etwa dreieckförmigem Querschnitt begrenzt ist, über die der Brennstoff in den Verbren­ nungsraum einleitbar ist, und welche konzentrisch von einem Gas- und/oder Lufteintritt umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (40) eine zentrale Öffnung als Brennstoff- Eintrittsöffnung (10) begrenzt und daß an der dem Ver­ brennungsraum (16) abgewandten Seite (48) der Schneide (40) etwa radial gerichtete Lufteintrittsöffnungen (42) angeordnet sind, die sich etwa in Verlängerung der genannten Seite (48) der Schneide (40) erstrecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des flüssigen Brennstoffs ein fester Brenn­ stoff, insbesondere Kohle oder Torf, in pulverisierter Form entweder trocken oder mit einer Trägerflüssigkeit, wie Wasser und/oder Öl, vermischt einsetzbar ist.