DE2539993C2

DE2539993C2 - Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff

Info

Publication number: DE2539993C2
Application number: DE2539993A
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Nagasaki City Kawaguchi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1974-09-06
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1984-05-24
Also published as: CH591656A5; US4054028A; FR2284089A1; FR2284089B1; GB1486684A; JPS5129726A; DE2539993A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff mit einem Außenrohr und einem unter Begrenzung eines Ringraumes zur Luftzufuhr koaxial darin angeordneten kreiszylindrischen Inncnrohr. das einen stromauf liegenden vorderen Abschnitt kleineren Durchmessers und einen hinteren Abschnitt größeren Durchmessers mit /wci in axiiilcm Abstand ungeordneten Reihen von Lufl/.ufiihröffnungcn und einen konischen Vcrbindtingsabsehnill /wischen beiden Abschnitten aufweist, sowie mit einer Brennstoffdüse und einer diese umgehenden und mil Wirbclhliiiicrn verschollenen l.ufi/.iifiihröffniing ;im vorderen Ijule des litiK'iirohivs und sililieUlieh einem eemeiiisa men Luftzufuhrrohr für sämtiiche Luftzufuhröffnungen. Ein derartiger Brenner ist durch die FR-PS 10 33 539 bekannt. Diese Brennerkonstruktion bewirkt im wesentlichen eine Kühlung des Umfangsbereiches der Verbrennungszone, hat jedoch geringen Effekt hinsichtlich einer Senkung der NO,-Entwicklung; denn bei diesem Brenner können an Luftzufuhröffnungen im hinteren Abschnitt zwar diese stromab U-förmig umgreifende Leitbleche vorgesehen sein. Diese vermögen aber die ίο Luftstrahlen nicht bis ins Zentrum der Verbrennungszone zu leiten, wo die Hauptentwicklung von NO₁ bei hoher Temperatur stattfindet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die NO₁- und die Rauchemission vermindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Aus der DE-OS 22 61 591 ist bereits eine Verbrenp.ungsvorrichtung für fließfähigen Brennstoff mit einem Äußenrohr und einem koaxial darin angeordneten kreiszylindrischen Innenrohr mit zwei hintereinander angeordneten Abschnitten gleichen Durchmessers für einen primären und einen sekundären Verbrennungsbereich bekannt, mit der die ΝΟ,-Emission vermindert werden soll. Hierzu ist die Umfangswatid des vorderen Abschnittes frei von Luftzufuhröffnungen und die des hinteren Abschnitts mit Luftzufuhröifnungen, allerdings ohne Tüllen, versehen. Die dem vorderen Abschnitt zugeordnete axiale Luftzuführung weist keine spezielle Steuervorrichtung auf.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist eine wesentliche Verminderung der NO,- und der Rauchemission. Dies wird erreicht durch die Einstellbarkeit eines konj5 stanten Brennstoff-Luft-Gemisches auch bei schwankender Belastung in dem die primäre Verbrennungszonc begrenzenden vorderen Abschnitt und die Erzeugung von bis in den axialen Bereich dringenden Luftslrahlen in dem die sekundäre Veit>rennungszone bildenden hinteren Abschnitt. Auf diese Weise ist im vorderen Abschnitt ein fettes und im hinteren Abschnitt ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch bei insgesamt etwa stöchiometrischem Verhältnis erzielbar.

Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes geht aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des Brenners und

F i g. 2 bis 5 weitere Ausführungsformen des Brenners in einer der F i g. 1 entsprechenden Schnittdarstellung.

In F i g. 1 nimmt ein Außenrohr 1 ein koaxiales Innenrohr 2 auf, wodurch sich dazwischen ein ringförmiger Raum 3 ergibt. Das Innenrohr 2 besteht aus einem Abschnitt 2a kleineren Durchmessers, einem Abschnitt größeren Durchmessers 2b und einem konischen Verbindungsabschnitt 2czwischen den Abschnitten mit den verschiedenen Durchmessern.

w) Am finde des Atißenrohres I befindet sich eine Brennstoffdüse 4. die sich in einen Endteil des Abschnitts 2;/ mil kleinerem Durchmesser öffnet. Um die Düse 4 herum befindet sich ein Wirbler 5 mit Wirbel-Müllern zum Liefern von Verbrennungsluft /um Innenb^r> rohr 2. An der Vorderseite des Wirbiers befindet sich eine l.iiftkammer 6. Hine l.uftregelkliippc 7 ist in dem Kaum vorgesehen, der die I .iiftknmnier fi mit dem King raum I vcrhiuik'l. um die /ii/iilührcnde I iiflinnu'c /ii

regeln. Die Luftklappe 7 wird von der Außenseite des Außenrohres 1 her mittels eines Handgriffs 7a betätigt. Ein Luftzufuhrrohr 8, das an einem Ende mit dem Ringraum 3 über das Außenrohr 1 und am anderen Ende mit einer nicht dargestellten Luftquelle verbunden ist, beliefert den Ringraum 3 mit der notwendigen Luftmenge zur Verbrennung, Verdünnung und Kühlung. Der Wandteil des Abschnitts 2Zj größeren Durchmessers ist mit mehreren Luftzufuhröffnungen 9 versehen, von denen jede mit einer Tülle tO umgeben ist, die senkrecht zur Achse des Innenrohres 2 verläuft. In einem Abstand hinter diesen öffnungen 9 befindet sich in der Wandung des Innenrohres 2 eine weitere Reihe von Luftzufuhröffnungen 11 zum Verdünnen der Verbrennungsprodukte. Diese öffnungen sind ebenfalls mit Tüllen 12 versehen. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 2a besitzt keine Luftlöcher.

Die Arbeitsweise des Brenners mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist wie folgt: Zum Anlassen des Brenners wird die Luftregelklappe 7 so eingestellt, daß eine für die Zündung notwendige Luftrncnge an den Wirbler 5 gegeben wird, der die BrennstoVdüse 4 umgibt. Beim Arbeiten des Brenners unter Last wird die an den Wirbler 5 zu gebende Luftmenge mitteis der Klappe 7 eingestellt, und eine reiche Mischung verbrennt im Abschnitt 2a des Innenrohres, der eine primäre Verbrennungszone bildet.

Der vom Wirbler 5 erzeugte Gasstrom bewegt sich zum Abschnitt 2b mit dem größeren Durchmesser, in dem der Wirbelwinkel mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit ansteigt. Luft, die aus den öffnungen 9 mit durch die Tüllen 10 verstärkter Wirkung in den Abschnitt 2b einströmt, durchmischt sich mit noch unverbranntem Gas und führt zu einer vollständigen Verbrennung.

Hier besteht also eine sekundäre Verbrennungszone. Das nun vollständig verbrannte Gas strömt weiter und wird von der durch die Luftzufuhröfmungen 11 zugefiihrten Luft verdünnt und gekühlt und schließlich aus dem Breni.er ausgestoßen.

Bei schwankender Belastung kann die Verbrennung durch Einstellen der Luftregelklappe 7, d. h. durch Konstanthalten des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in der primären Verbrennungszone optimal gehalten werden.

Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem nach Fig. 2 gleicht, mit Ausnahme, daß die Tüllen 14 der Luftzufuhröffnungen 9 in der Scitenwandung des Innenroiires 2 nicht senkrecht zur Achse des Rohres wie die Tüllen 10 beim ersten Ausführungsbeispiel verlaufen, sondern zum Abschnitt 2a kleineren Durchmessers hin geneigt sind. In beiden Figuren sind gleiciie Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf deren besondere Beschreibung verzichtet werden kann. Die Neigung der Tüllen zum Abschnitt kleineren Durchmessers ergibt einen Vorteil gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel, weil die Luftströme durch diese Tüllen 14 die Ausbildung einer heißen Rückströmregion in der Verbrennungsluft erleichtern und die Verbrennung noch mehr stabilisieren.

F i g. 3 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine weitere Abänderung des ersten Beispiels nach Fig. I ist. Der Brenner enthält eine Prallscheibe 15. die am hinteren Ende des Abschnitts 2a kleineren Durchmessers des Innenrohres 2 neben dem konischen Verbindungsteil 2l· befestigt ist und mehrere Bohrungen 16 aufweist. Die Luftkammer 6 ist hier durch eine Wandung 17 abgeteilt, die an der Innenfläche des Auöenrohres 1 befestigt ist und eine direkte Verbindung zwischen dem Innenrohr 2 und dem Luftzufuhrrohr 8 herstellt. Die Teilungswandung 17 trennt die Luftzufuhr in zwei Teile, von denen einer durch den Wirbler 5 in das Innenrohr und der andere in den Ringraum 3 strömt. Die Teilungswandung ist mit einem oder mehreren Luftlöchern 17a an der oder den Verbindungsstellen mit dem Ringraum 3 versehen. Jedes Luftloch 17a ist mit einer Drossel 18 versehen, die durch Betätigen eines Handrades 19 außerhalb des Außenrohres verstellt werden

ίο kann. Auf diese Weise kann die Luftzufuhr zum Ringraum 3 und zumWirbler 5 geregelt werden. Die anderen Teile sind mit denselben Bezugszeichen wie die entsprechenden in F i g. 1 versehen, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

is Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Rückflußregion in der Strömung der brennbaren Mischung durch die Wirkung der Prallscheibe 15 zusammen mit den Merkmalen der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausfühnmgsbeispiel. Ein Teil des heißen Verbrennungsgases strömt in die Rückströinregy ;·: und zündet unverbrannles Gas. um die Verbrennung ai'⁽rechtzuerhaiten und die Flamme in der Hochgeschwindigkeitssirömung dcrGas-Luft-Mischung zu halten. Die Möglichkeit eines Ausblasens ist damit ausgeschaltet.

F i c. 4 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung oder eine Abänderung des dritten Ausführungsbeispiels nach F i g. 3, bei dem die Tüllen 14 des zweiten Beispiels nach F i g. 2 um die Luftzufuhröffnungen 9 im Innenrohr 2 herum angeordnet und /um Abschnitt 2a

jo kleineren Durchmessers geneigt sind.

Außer den bereits betrachteten Merkmalen des ersten Ausführungsbeispiels zeigt dieses vierte Ausführungsbeispie! eine Region hoher Temperatur im Bereich der Prallplatte 5. Auch wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der sekundären Verbrennungszone hoch ist, kann eine stabilisierte Flamme erhalten werden.

F i g. 5 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das von dem ersten Beispiel nach Fig. ! im Einstelbnechanismus für die dem Wirbler zuzuführende Luftmenge abweicht.

Der Brenner weist zusätzlich einen Zylinder 21 auf, der sich an einem Ende zum Ringraum 3 du; sh die Endwandung Ia des Außenrohres 1 hind'.irch öffnet. Der Zylinder 21 besitzt an einer Seite eine Öffnung 22 zum Verbinden mit der Luftkammer 6, die wiederum mit dem Wirbler 5 in Verbindung sieht und einen Kolben 23 aufnimmt, der durch eine Feder 24 zum offenen Zylinderende hin vorgespannt ist. Mit dem Kolben 23 ist eine Stange 25 verbunden, die über ein Gewinde mittels eines Handrades 26 verstellbar ist. Die übrige Brennerkonstruktion gleicht dein ersten Beispiel, so daß auf eine •veiurtr Beschreibung verzichtet werden kann.

Bei diesem letzten Ausführungsbeispiel ist die Elastizität der Feder 24 im Zylinder 21 so gewähii und eingestellt, daß nur die für die Zündung beim Anlassen notwendige Luftmenge an den Raum um die Brennstoffdüse 4 herum geliefr-t wird. Ein Teil der durch das Luftzufuhrrohr 8 in den Ringraum 3 eingeführten Luft wird

bo dabei über die öffnung 22 und die Luftkämmer6anden Wirbler 5 gegeben. Nach dem Zünder, steigt der Verbrennungsdruck mit der Zunahme der Verbrennungsbelastung an und drückt den Kolben 23 gleichmäßig nach links, wie aus Fig. 5 /.u erkennen ist, bis die öff-

b5 nung 22 weil offen ist und die Luftzufuhrmenge zum Wirbler 5 entsprechend hoch ist. Somit wird ein reiches Luft-Brennstoff-Verhältnis automatisch konstani gehalten und eine stabile Verbrennung sichergestellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff mit einem Außenrohr und einem unter Begrenzung eines Ringraumes zur Luftzufuhr koaxial darin angeordneten kreiszylindrischen Innenrohr, das einen stromauf liegenden vorderen Abschnitt kleineren Durchmessers und einen hinteren Abschnitt größeren Durchmessers mit zwei in axialem Abstand angeordneten Reihen von Luftzufuhröffnungen und einen konischen Verbindungsabschnitt zwischen beiden Abschnitten aufweist, sowie mit einer Brennstoffdüse und einer diese umgebenden und mit Wirbelblättern versehenen Luftzufuhröffnung am vorderen Ende des Innenrohres und schließlich einem gemeinsamen Luftzufuhrrohr für sämtliche Luftzufuhröffnungen, gekennzeichnet durch folgende Merkmaße:

a) die Wandung des Abschnittes (2a) kleineren Durchmessers weist keine. Luftzufuhröffnungen auf,

b) von den in der Wandung des Abschnittes (2b) größeren Durchmessers vorgesehenen Luftzufuhröffnungen (9) sind die stromauf befindlichen dicht am Verbindungsabschnitt (2c) angeordnet und sowohl die stromauf als auch die stromab befindlichen Luftzufuhröffnungen (9,11) mit zylindrischen Tüllen (10,12,14) versehen und

c) die Me?g«s der durch die Luftzufuhröffnung an der Brennstoffdüse (4) hindurchtretenden Luft ist durch eine Steuervorrichtung (7,18, 23) veränderbar.

2. Brenner nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Tüllen (14) nach vorn geneigt verlaufen.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß am innenwandteil des vorderen Abschnitts (2a) dicht am Verbindungsabschnitt (2c) des Innenrohres (2) eine Prallplatte (15) vorgesehen ist.

4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung für die Luftmenge, welche der die Brennstoffdüse (4) umgebenden Luftzufuhröffnung zugeleitet wird, einen zum Ringraum (3) offenen Zylinder (21) mit einer Steueröffnung aufweist, die von einem vom Luftdruck im Ringraum betätigten, von einer Feder (24) abgestützten Kolben (23) beeinflußbar ist.