DE1501949A1

DE1501949A1 - Brennvorrichtung fuer Kessel

Info

Publication number: DE1501949A1
Application number: DE19661501949
Authority: DE
Inventors: J D Kimmel
Original assignee: Vapor Corp
Current assignee: Vapor Corp
Priority date: 1965-11-05
Filing date: 1966-10-07
Publication date: 1970-02-12
Also published as: GB1092589A; US3301305A; DK112265B; BE689306A; NL6615225A; ES330607A1

Description

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DR.ING.F. WÜKSTHOFF 1501949 ^Τ""°" " °^{β 3l}

I)IPI-INCCPuLS TBLBOBAMMAIIBBMBi DR.B.T.PKOHMANN pbotbctpatk-t mOc.b» PATENTANWALT! 1Α~32 069

Beschreibung zu der Patentanmeldung

VAPOR CORPORATION
Chicago, Illinois U.S.A.

betreffend
"Brennvorrichtung für Kessel"

Die Erfindung betrifft eine Brennvorriclitung für Kessel oder Dampferzeuger und bezieht sich insbesondere auf die Ausbildung des Brenners, um sie für die Verbrennung von schweren Ölen verwendbar zu machen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Brennvorrichtung für einen Kessel, mit der schwere Öle in einem kleinen Verbrennungsraum bzw. -volumen verbrannt werden können. Die Brennvorrichtung soll ferner für Kompaktkessel verwendbar sein und eine so vollständige Verbrennung ermöglichen, daß die Verbrennungsprodukte wenig Rückstände aufweisen. Die Brennvorrichtung soll einfach im Aufbau und preisgünstig sein. Schließlich soll die Versprühung bzw. Verdüsung des Brennstoffes und deesen Verdampfung in günstiger Weise erfolgen, und sollen die Verbrennungsgaee vor Verlassen der Brennkammer einen möglichst langen Weg zurücklegen.

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Die erfindungsgemäße Brennvorrichtung ist so ausgebildet j daß sie am Kopf ihrer Brennkammer fluchtend mit dem Brennkammerhals bzw. seiner Verengung den Brenner aufweist. Diese hat einen Halter für eine einzige Brennstoffdüse, um diese koaxial zum Brennkammerhals zu halten, eine erste und eine zweite Einrichtung zum Einführen und Vermischen der Verbrennungsluft mit dem aus der Düse austretenden Brennstoffsprühstrahl, und eine Einrichtung für den zusätzlichen Verbrennungslufteinlaß, um Rußbildung und Rußansatz völlig zu verhindern. Die Einrichtungen sur Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff sprühstrahl umfassen Wirbelkegel, die die Verbrennungsluft in eine Wirbelströmung versetzen, um die Vermischung der Luft mit dem Brennstoff zu unterstützen und die Länge des Weges der Verbrennungsprodukte vor Verlassen der Brennkammer zu vergrößern. Die Einrichtung aur Einführung der Verbrennungsluft ist ferner so angeordnet, daß die Verbrennungsgase in der Brennkammer auch eine Rückströmung ausführen, damit die Verdampfung und Verbrennung des Brennstoffes beschleunigt wird. Auf diese Weise erlaubt die Brenndarvorrichtung die Verbrennung von schweren Ölen in einem kleinen Verbrennungsraum bzw. einer kleinen Brennkammer. Wenn auch im folgenden auf einen Kessel Bezug genommen wird, so versteht sich , daß hierunter ganz allgemein Dampferzeuger fallen sollen.

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Eine Brenne*vorrichtung, die die genannten Eigenschaften aufweist, ist anhand von Zeichnungen an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Brennvorrichtung gemäß der Erfindung;

Pig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2 - 2 in Fig. 1;

Pig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die Brennvorrichtung und die Zuordnung des Brenners zur Brennkanirer;

Pig. 4 eine Ansicht des Brenners gemäß Fig. 3 mit Blick in Richtung der Brennkammer;

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise weggebrochen, des Haupt-Wirbelkegels des erfindungsgemäßen Brenners;

Fig. 6 eine Teilansicht des Wirbelkegels gemäß Fig. 5 in Richtung der Pfeile 6 - 6 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Schnittansicht des zweiten Wirbelkegels und

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Pig, 8 einen leilschnitt durch den Virbelkegel gemäß Pig. 7 in Richtung der Pfeile 8 - 8 in Pig. 7.

Die in den Pig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Brennvorrichtung 10 weist in einem Hauptgehäuse 13 eine Brennkammer 11 und einen Brenner 12 auf. Die Brennvorrichtung 10 läßt sich mit Hilfe eines Befestigungsflansches 14 an der Rohrkammer eines Kessels oder Dampferzeugers anbringen, in der die heißen Brenngase ihre Wärme abgeben.

Am Hauptgehäuse 13 ist ein Lufteinlaß 15 vorgesehen, an den eine Druckluftquelle, wie beispielsweise ein Gebläse» anschließbar ist. Das Hauptgehäuse bildet zusammen mit der Brennkammer 11 eine Hauptkammer 16, durch die Luft zum Brenner 12 strömen kann. Das Hauptgehäuse hat einen die Brennkammer 11 umschließenden etwa zylindrischen Abschnitt 17, der am Auslaßende der Brennkammer durch eine ringförmige Abschlußwand 18 und auf der Brennerseite durch eine Stirnwand 19 begrenzt ist. Die Brennkammer 11 wird durch einen feuerbeständig ausgekleideten zylindrischen Mantel 20 gebildet, der auf der einen Seite durch einen gewölbten Deckel 21 (Brennkammerkopf) und auf der anderen Seite durch eine Einschnürung 22 abgeschlossen ist und den eigentlichen Brennraum 23 einschließt. Der Brenner 12 ist am Deckel 21 bzw. Kopf

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■ fluchtend mit dem Brennkammerhals 20 angeordnet, wodurch die Verbrennungsgase vom Brenner 12 innerhalb des Verbrennungsraums 23 entstehen und durch die Einschnürung in eine Rohrkammer abströmen.

Insbesondere Pig. 3 und 4 entnimmt man, daß der Brenner 12 einen ringförmigen Haltering 25 mit einer Reihe vorstehender Befestigungsrohre 26 aufweist, die den Haupt-Wirbelkegel 27, einen zweiten Wirbelkegel 28, der von dem ersten Wirbelkegel durch einen Abstandsring 29 entfernt gehalten ist, und einen feuerbeständigen Kegel 30 mit einem Befestigungsrohr 31 für ein Beobachtungsglas, einem Befestigungsrohr 32 für eine Brennstoffdüse und einem Befestigungsrohr 33 für einen Hilfsbrenner und einen Fühler, aufnehmen.

Am Brennkammerkopf 21 sind mehrere kurze vorstehende Bolzen 34 befestigt, die in die Öffnungen 35 des Befestigungsrings 25 lassen, an denen der am Ring 25 mittels Feststellschrauben 36 festgehalten werden kann. Der Befestigungsring 25 ist mit kleinem Abstand gegenüber dem Brennkammerkopf angeordnet, um einen kleinen Luftspalt zu lassen, der vorzugsweise so groß gewählt ist, daß sich eine günstige Luftverteilung auf der Innenseite des Brennerkopfes einstellt. Die Befestigungsrohre 26 des Rings 25 sind beispielsweise durch Schweißung oder dergleichen befestigt. Sie innere ümfangskante des Rings 25

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ist so groß ausgebildet, daß sie mit dem Brennkammerhals 24 übereinstimmt.

Der Haupt-Wirbelkegel 27 und der zweite Wirbelkegel sind im wesentlichen kegeistumpfförmig ausgebildet, obwohl sie üblicherweise als Wirbel-* oder Drallkegel im Zusammenhang mit Brennern bezeichnet werden. Der Haupt-Wirbelkegel 27 weist einen oberen oder inneren Kegel 38 und einen unteren oder äußeren Kegel 39 auf, die durch eine Reihe von Wirbel- oder leitschaufeln 40 auseinandergehalten sind and zwischen sich jeweils einen Lufteinlaß 41 bilden. Die Wirbelschaufel 40 ist mit dem oberen und unteren Kegel auf geeignete Weise, beispielsweise durch Schwäßung oder dergleichen so verbunden, daß sich eine einzige Einheit 27> der Haupt-Wirbelkegel, ergibt. Pig. 5 entnimmt man, daß die Seiten des oberen Kegels 38 und die des unteren Kegels 39 jeweils 45° gegenüber der Horizontalen geneigt sind, wie es der Pfeil 42 andeutet. Der Neigungswinkel kann natürlbh von diesem Wert leicht abweichen, ohne daß eine merkliche Verschlechterung der gewünschten Wirkung eintritt. Sin Winkel von etwa 45° hat sich jedoch als am günstigsten erwiesen, da sich hierbei das kürztmögliche Feuer ohne Qualmen oder Bildung von Rußansätzen an der Düse aufrechterhalten läßt. Die Schaufeln 40 sind zwischen dem oberen und unteren Kegel so angeordnet, daß sie gegenüber dem inneren Kegel 38 etwa 15° geneigt sind, wie es

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der Pfeil 43 in Fig. 6 andeutet. Hieraus ergibt sich, daß der durch den Wirbelkegel 27 strömenden Luft eine Drall- oder Wirbelbewegung beim Einströmen in die Brennkammer aufgezwungen wird. Im oberen und unteren Kegel sind mehrere übereinander angeordnete Bohrungen 44 und 45 zur Befestigung des Wirbelkegels auf den Befestigungsrohren 26 vorgesehen.

Der zweite Wirbelkegel 28 weist in gleicher Weise einen oberon oder inneren Kegel 46 und einen unteren oder äußeren Kegel 47 auf, die ebenfalls durch mehrere Wirbelbzw. Leitschaufeln 48 auseinandergehalten sind, wobei diese mit den Kegeln so verbunden sind, daß sich eine einzige Wirbelkegeleinheit 28 ergibt. Die Kegel 46 und 47 sind etwa 15° gegen die Horizontale, wie durch den Pfeil 49 angedeutet, geneigt. Auch die Leitschaufeln 48 sind etwa 15° gegen die Tangente an den inneren Umfang des unteren Kegels 47, wie durch den Pfeil 50 angedeutet, an-gestellt. Auch hier sind mehrere übereinander liegende Befestigungsbohrungen 51 und 52 im oberen und unteren Kegel 46 und 47 vorgesehen, um den zweiten Wirbelkegel 28 auf den Befestigungsrohren 26 anordnen zu können. Durch dde Kegel 46 und 47 wird der zweite Lufteinlaß 53 gebildet.

Aus Pig. 3 kann man entnehmen, daß der Hauptwirbelkegel 27 so groß ausgebildet ist, daß er eine

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größere Luftmenge als der zweite Wirbelkegel 28 einläßt,und zwar unter einem anderen Winkel. Ferner liegt der Austritt des Lufteinlasses 41 radial innerhalb der Austritts des Lufteinlasses 53. Der Abstandsring 29, der den Haupt-Wirbelkegel von dem zweiten Wirbelkegel, siehe Fig. 3.» trennt, kann beispielsweise durch Schweißung oder auf

den
andere geeignete Weise mit/beiden Kegeln verbunden sein.

Die äußere offene Seite des Haupt-Wirbelkegels 27 ist durch einen feuerbeständigen Kegel 30 mit einer feuerbeständigen Auskleidung 54 abgeschlossen, durch den sich die Befestigungsrohre 31, 32 und 33 erstrecken.

Das Befestigungsrohr 31 ist für eine Sichtglasscheibe 55» siehe Fig. 1, 2 und 3, vorgesehen, die sich nach außen erstreckt undvon der Außenseite der Stirnwand 19 des Hauptgehäuses 13 aus zugänglich ist. Das Befestigungsrohr 33 ist für einen Hilfs- bzw. Vorbrenner mit Fühler vorgesehen, der sich von der Stirnwand 19 nach außen erstreckt. Auch das Brennstoffdüsenbefestigungerohr 32 ist nach außen durch die Stirnwand gerichtet und für die Aufnahme einer einzigen Brennstoffdüse 57 vorgesehen, die so angeordnet ist, daß die Brennmündung etwa mit dem Auslaß aus den Wirbelkegeln 27 und 28 übereinstimmt. Es sind weitere Bohrungen 58 in ctem Brennstoffdüsenbefestigungsrohr 32 außerhalb der Hauptkammer vorgesehen, um Luft in das ■Befestigungsrohr hinter dem rückwärtigen Ende der Brennstoff-

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düse in dieses einströmen zu lassen. Der Brenner ist so aufgebaut, daß alle Metallteile luftkühlbar sind, so daß sie fast durchweg aus normalen Kohlenstoffstahl herstellbar sind. Die einzigen nicht aus Kohlenstoffstahl hergestellten Teile sind die Leitschaufeln 40 des Wirbelkegels 27 und der Abstandsring 29_f die vorzugsweise aus einem legierten Stahl gefertigt sind, beispielsweise gauge Inconel. Da der Brennstoffdüsenhalter 32 sich durch die Hauptkammer erstreckt, kann die Brennstoffdüse 57 eingestellt werden, so daß sich ihre relative Lage während sich die Brennkammer aufgrund der Aufheizung dehnti, nicht zu Indern braucht.

Während des Betriebes wird die Druckluft durch die Hauptkammer in die Wirbelkegel und den Luftspalt 37 geleitet, während unter Druck stehendes öl versprüht bzw. atomisiert aus der Düse 57 in die Brennkammer eintritt. Die Verbrennung wird mittels des Haupt-Wirbelkegels 27 gelenkt, um den Brennstoff-Sprühstrahl zu zerblasen und ihm eine heftige Wirbelbewegung zur Unterstützung der Vermischung des Brennstoffes mit der Luft zu überlagern. Der kleinere Wirbelkegel 28 dient zur Vergrößerung der Wirbelbewegung und dazu, Brennstoff am Durchtritt durch die ersten aus dem Haupt-Wirbelkegel 27 austretenden Luftströmung zu hindern. Die Wirbelung vergrößert gleichzeitig die Länge des Brennstoffs- oder Verbrennunge-

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produktwegs bevor diese die Brennkammer verlassen, und bewirkt eine vollständigexe Verbrennung. Auf diese Weise wird alle Verbrennungsluft mit dem Sprühstrahl aus der Düse 57 intensiv vermischt. Auch der durch den Luftspalt eintretenden Luft wird ein Drall überlagert, der jedoch nicht so stark wie der der durch die Wirbelkegel austretenden Luft ist. Diese Luft wird nach außen gegen die innere Brennkammerdecke geleitet, um dort die Bildung von brennstoffreichen Stellen, an denen sich Ruß bilden kann, zu unterbinden. Diese Luft verhindert dadurch, daß sie an der Decke der Brennkammer entlangströmt, dort eine Überhitzung. Wie in Fig. 3 dargestellt, bildet sich durch die im Kreis strömende Luft ein Wirbel 59 mit einer Drucksenke aus, aufgrund derer die Verbrennungsgase in der Brennkammer eine Rucks tr ömung ausführen, wie durch die offenen Pfeile angedeutet ist, was eine schnelle Verdampfung des Brennstoffes zur Folge hat und die Verbrennung unterstützt. Die ausgezogenen Pfeile deuten die Bewegung der Luftströmung an.

Pat entansprüche 1082

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PATENTANWÄLTE 1A-32 069

Patentansprüche

1. Brennvorrichtung für Kessel, Dampferzeuger und dergleichen mit einer Brennkammer und einem fluchtend vor dem Hals der Brennkammer angeordneten Brenner, dadurch gekennzeichnet , daß der Brenner (12) einen Halter (32) für eine Brennstoffdüse (bl) axiel fluchtend mit dem Brennkammerhals (24), einen ringförmigen Hauptverbrennungs-Lufteinlaß (27) zum Richten der Luftströmung auf einen auf einer zum Halter koaxialen Achse liegenden Punkt, einen zweiten ringförmigen Verbrennungsluft einlaß (28) zum Richten der Luftströmung auf einen zweiten, auf der koaxialen Linie näher als der ersten zur Düse liegenden Punkt, wobei beide Lufteinlässe Mittel (40, 48) aufweisen, um der Luftströmung einen Drall bzw. Wirbel aufzuprägen, und der Haupteinlaß größer als der zweite Einlaß ist, und Mittel (34) aufweist, mit denen der Brenner in geringem Abstand vom Brennkammerhals zur Bildung eines weiteren Li "; einlas ses (37) haltbar ist.

BAD Or.'ClNAL

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2. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Haupt-Lufteinlaß (27) und der zweite Lufteinlaß (28) so ausgebildet sind, daß die Luftströmung untei/einem Winkel von etwa 45° bzw* 1i?° gegen eine die Achse des Br ennkammerhais es (24) senkrecht schneidenden Ebene geneigt gerichtet ist.

3. Brennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Lufteinlässe (27,28) jeweils einen inneren Kegelstumpf (38, 46) und einen äußeren Kegelstumpf (39, 47) und dazwischen angeordneten Leitschaufeln (40, 48) aufweisen.

4. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Halter (22) für die Brennstoffdüse (57) rohrförmig ist, und daß der Haupteinlaß durch einen Haupt-Wirbelkegel (27) gebildet ist, dessen Seiten etwa 45° gegen eine die Achse des Halters und des Brennkammerhalses (24) senkrecht schneidende Ebene geneigt sind und der eine wirbeiförmige Luftströmung auf den aus der Düse austretenden Brennstoffsprühstrahl richtet, daß der zweite Lufteinlaß durch einen zweiten Wirbelkegel gebildet ist, dessen Seite etwa 15° gvgen die die Achse des Halters und des Brennkammerhalses senkrecht schneidende Ebene geneigt ist, ■ der eine zweite wirbeiförmige Luftströmung auf den Brennstoffsprühstrahl richtet.

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5. Brennvorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Wirbelkegel (27f 28) jeweils einen inneren Kegelstumpf (38, 46) und einen äußeren Kegelstumpf (39, 47) aufweisen, welche jeweils durch mehrere Leitschaufeln (40, 48) miteinander verbunden sind.

6. Brennvorrichtung nach Anspruch i>, dadurch gekennzeichnet , daß jede Leitschaufel (4ü) des Hauptwirbelkegels (27) unter einem Winkel von etwa 15 gegen eine an den inneren Umfang dee inneren Kegelstumpfes (38) gelegte Tangente angestellt ist.

7. Brennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jede Leitschaufel (48) des zweiten Wirbelkegels (28) unter einem Winkel etwa 15° gegen eine an den inneren Umfang des inneren Kegelstumpfes (46) gelegten Tangente angestellt ist.

8. Brennvorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Wirbelkegel (28) näher zur Brennkammer (11) angeordnet ist als der Haupt-Wirbelkegel (27).

9t Brennvorrichtung nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein kreisförmiger Abstandsring (29) zwischen den Kegeln (27, 28) vorgesehen ist.

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0O. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer (I1) einen zylindrischen Abschnitt (20) aufweist, der auf der einen Seite mit einem gewölbten Deckel (21) mit dem zentralen BrennkammerL.ai3 (24) und auf der anderen Seite mit einer Brennkammereinschnürung (22) abgeschlossen ist, so daß sich ein Brennraum (23) ergibt, wobei der Brenner

" (12) auf dem Brennkammerkopf in Fluchtung mit dem Brennkammerhals angeordnet ist und einen rohrförmigen zum Bönnkammerhals koaxialen Düsenhalter (32) für eine Brennstoffdüse (57) aufweist, deren Ende mit einem gewissen Abstand vom Brennkammerhals angeordnet ist.

11. Brennvorrichtung nach Anspruch 1 und 4 > dadurch

(12) gekennzeichnet , daß der Brenner ferner einen Abstandsring (29) zwischen den Wirbelkegeln (27,28) sowie Mittel (34) aufweist, durch die der zweite Wirbelkegel mit Abstand von der Brennkammer zur Bildung eines schmalen Luftspaltes (37) haltbar ist, und daß ein auf der dsm Brennkammerhals (24) zugewandten Seite mit einer feuerfesten Auskleidung (54) versehener, den Haupt-Wirbelkegel (27) abdeckender Kegel (30) vorgesehen ist, durch den sich der rohrförmige Brennstoffdüsenhalter (32) erstreckt.

12. Brennvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch geil?) kennzeichnet, daß der Brenner ein Befestigungs-

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rohr (53) für einen Hilfsbrenner und Fühler (46) aufweist, das sich durch den Kegel (30) und dessen feuerfeste Auskleidung (54) erstreckt.

13. Brennvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Brenner (12) ein Befestigungsrohr (31) für ein sich durch den Kegel(3O) und dessen feuerfeste Auskleidung (54) erstreckendes Beobachtungsglas (55) aufweist.

14. Brennvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Wirbelkegel (27, 2ö) einen inneren Kegelstumpf (38, 46) und einen äußeren Kegelstumpf (39, 47) aufweist, die jeweils durch eine Anzahl von Leitschaufeln (40, 48) miteinander verbunden sind, wobei jede Leitschaufel jedes Kegels unter einem Winkel von etwa 15 gegen eine an den inneren Umfang des inneren Kegelstumpfes gelegte Tangente angestellt ist.

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