DE2113659A1

DE2113659A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen

Info

Publication number: DE2113659A1
Application number: DE19712113659
Authority: DE
Inventors: Koelhi Martti Ilmari
Original assignee: COLLIN CONSULT AB
Current assignee: COLLIN CONSULT AB
Priority date: 1970-03-24
Filing date: 1971-03-20
Publication date: 1971-10-14
Also published as: ES196846U; DK141827C; ES196846Y; AT319451B; BE764767A; CH558501A; GB1351212A; NO130202B; DE2113659C2; SE410218B; US3758258A; FI52769C; CA934286A; FR2085029A5; FI52769B; DK141827B; JPS5544281B1; NL7103900A

Description

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PATENTANWÄLTE . DIPL.-INS. R. SPLANEMANN Sooo MÜNCHEN a20. Mär Z 1971 D I PL.-I NG. J. RICHTER · TheatinersfraBe 33/34 MÖNCHEN HAMBURG Telefon (0811) 226207 Telegramme: Inventius München

Firma

R. Collin Consulting AB Stockholm 70 / Schweden Pat entanme!dung

Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen, die aus einer Mündung so ausgestoßen werden, daS sie einen im wesentlichen kegelförmigen Brennstoff» schleier bilden, der mit einem im wesentlichen koaxial mit dem Brennstoffschleier ausgebildeten Verbrennungsluftmäntel gemischt wird·

Sie Gefährdung der Umwelt als Folge von Verunreinigungen, die von mit festen und flüssigen Brennstoffen betriebenen Verbrennungsanlagen in die Atmosphäre entlassen werden, wird zunehmend ernster· Bei den beispielsweise mit Ol betriebenen Feuerungsanlagen zur Beheizung von Wohnungen$ zur Erzeugung von elektrischer Energie u. dgl· enthalten die Abgase u.a. Ruß, Kohlenmonoxid, Schwefeloxyde und/oder Stickstoffoxyde als Folge unvollständiger Verbrennung· Große Anlagen sind in der heutigen Zeit gewöhnlich mit Filteranlagen versehen, die - wenn auch nicht absolut vollständig - einen größeren Teil des Rußes absondern«

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Andererseits gelangen die schädlichen Stickstoff- und Sohwefeldioxyde durch die Filteranlagen hindurch und werden in die Atmosphäre entlassen. Bei Wohnanlagen, bei denen jedes Gebäude mit einem getrennten Heizungesystem versehen ist, ist es gewöhnlich aus Einsparungsgründen nicht möglich« jede Anlage mit einem derartigen Filter odex anderen Einrichtungen zur Abscheidung von Verunreinigungen zu versehene Die einzige Möglichkeit zur LöBung von Luftverschmutzungsproblemen in derartigen Gebieten besteht hiernach darin, daß der eigentliche Verbrennungsvorgang verbessert wird, und es ist deshalb von besonderem Interesse, ein Verbrennungsverfahren zu entwickeln« das derart vollständig ist, daß weder Ruß noch andere für die Umwelt schädliche Verbrennungsprodukte gebildet werden· Bei vollständiger Verbrennung stellt sich eine blaue Flamme ein, und es warden deshalb Versuche in der Richtung unternommen, bei der Verbrennung die gelbe flamme, die die Gegenwart von freiem Kohlenstoff anzeig j, soweit wie möglich auszuschalten·

Um deshalb den Verbrennungsablauf in dieser Richtung zu verbessern und die Gefahr der Rußbildung zu verringern, war es erforderlich, praktische Versuche mit großen . Strömungsgeschwindigkeiten durchzuführen, was sowohl be-" züglich des Brennstoffs als auch der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft ^aIt. Hohe Geschwindigkeiten beeinträchtigen jedoch erheblich die Brenndauer und die Stärke der Flamme, was mit der Gefahr des Erlöschens verbunden ist. Außerdem stellt der hohe Geräuschpegel eine Lärmbelästigung dar. Trotz erheblicher Anstrengungen und Versuche wurde keine Brenneranordnung gefunden, die insbesondere, für kleinere Anlagen als eine befriedigende Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe angesehen

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werden kann, nämlich der Erzielung eines wirtschaftlicheren Verbrennungsablaufes und damit der Aueschaltung der Bildung von RuO und schädigenden chemischen Subetanzen. Bei einer rußfreien Verbrennung ist es möglich, die Verbrennung stöchiometrißch ablaufen zu lassen, was eine günstige Wirkung auf die Bildung von Schwefel« und Stick-8toffoxyden hat. So wird SOg anstelle von SO* gebildet, was die Korrosionsprobleae vermindert, die sich als Folge der Bildung von Schwefelsäure mit der in den Abgasen enthaltenen Feuchtigkeit einstellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß für kleinere und mittlere Brenner bei dem eingangs näher erläuterten Verfahren vorgeschlagen, daß außerhalb des Brennstoff-Schleiers und des konzentrisch zu diesem angeordneten Verbrennungsluftmantels ein Unterdruck aufrechterhalten wird, der die Verbrennungsaone uach hinten versetzt hält und um die Achse des kegelförmigen Brennstoffschleiers konzentriert.

Ferner sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, die aus einer mit einer Hündung versehenen Brennstoffdüse besteht, die einen im wesentlichen konischen Brennetoffschleier abgibt und die von einem ringfureigen Spalt oder einem Ring von öffnungen für die Zuführung der erforderlichen Verbrennungsluft in Form eines au* Brennstoffsohleier im wesentlichen koaxialen Luftmanteleumgeben ist, wobei erfindungsgemäß um die Brennerachse außerhdb des Brennetoffsohleiere und des Verbrennungsluftoantels herum Organe in Form eines Rinkes vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie während der Aufrechterhaltung eines Unterdruckeβ die außerhalb des Verbrennungsluftmantels und des Brenn-

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StoffschleierB liegende Lufthülle von der Achse weg nach außen reißen _Tl wodurch die Verbrenmmgssone nach hinten versetzt gehalten und um die Achse konzentriert wird«

In der Zeichnung sind Ausführungsbelspiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung auch sur Yeransohaulichung des erfindungsgemäßen Ver~ fahr ens näher erläutert sind«, Es zeigen j

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines im wesentlichen kegelförmigen Brennstoffschleiers in der Ausgangslage t der aus der Düsenmündung eines Brenners austritt, und einen zum Brennstoffschleier koaxialen kegelförmigen Verbrennungsluftmantel, teilweise im Schnitt»

gesondert und in perspektivischer Ansicht, wie die nach außen weisende Oberfläche des Brennstoffkegele durch einen Unterdrück beeinflußt werden kann, was einen vergrößerten Kegelwinkel zur Folge hat,

eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffkegela und einen zugeordneten Verbrennungsluftkegel, die von außen von Unterdruck beaufschlagt sind_f

perspektivisch und teilweise im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners,

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wobei Organe vorgesehen sind, die die äußere Lufthülle der Kegel derart zu verformen bestrebt sind, daß der erforderliche Unterdrück erzeugt und aufrechterhalten wird,

Figo 5 einen Teilsohnitt duroh einen Brenner*

zur Veranschaulichung, wie die Luft unter besonders geeigneten und ausschlaggebenden Winkeln zur radialen Ebene des Brenners gerichtet wird,

Fig. 6 eine Anordnung, duroh die die Luft

um die Achse eines Brenners? beispielsweise des Aufbaus gemäß Figo 4t in Rotation versetzt wird,

Fig, 7 einen Längsschnitt duroh einen abgewandelten Brenner, bei dem der Unterdruck duroh Ejectorwirkung erzeugt wird,

Fig» 8 einen axialen, teilweIsen Längsschnitt duroh einen Brenner gemäß einer weiteren Ausführungeform, bei dem die Verbrennungszone nach hinten in einen extremen ßrenzbereioh verschoben ist,

Figo 9 eine Abwandlung der Ausführun^sform

gemäß Figo 6 und

Figo 10 einen axialen Längsschnitt durch eine

weitere Ausführungsform.

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Pigο 1 zeigt die Ausgangsstellung eines ausgesprühten Brennstoffkegeis, der aus einer Düsenmündung 10 einer bekannten Brennstoffdüse 11 austritt· Der austretende Brennstoff bildet einen kegelförmigen PiIm 12· der zu feinsten Tröpfchen versprüht ist» Der Brennstoffkegel 12 1st von einem kegelförmigen Hantel 13 aus Verbrennungsluft umgeben, der durch eine Verengung 14 in einem Gehäuse od. dgl. 15 austritt, das die Brennstoffdüse 11 umgibt. In der Praxis beeinflussen sich die beiden Kegel gegenseitig und die umgebende Lufthülle, doch sind zwecks Vereinfachung der Darstellung die Kegel in ihrer theoretischen Stellung wiedergegeben, wobei ihr Einfluß auf-ainander und auf die Umgebung vernachlässigt iat. Der Brennstoffkegel und/oder d^er Verbrennungsluftkegel können, obgleich dieses nicht in Fig. 1 dargestellt ist, um ihre Achsen rotieren und zwar entweder in derselben oder in entgegengesetzten Hiohtungen und mit der gleiohen oder unterschiedlicher Geschwindigkeit. In der Praxis wird jedooh der zerstäubte Brennstoff mit der Verbrennungsluft gemischt und der innerhalb der Kegel erzeugte Unterdruck hat als Ergebnis der Strömung d£s Bestreben, den Brennstoff und die Verbrennungsluft zusammenzuziehen. Bei der Zündung der Brennstoff-Luftmisohung mittels geeigneter, nicht dargestellter Zündeinrichtungen, entsteht eine relativ lange gelbe Flamme, die das Vorliegen von Kohlenstoff anzeigt, da die Temperatur des Brennstoff-Luftgemisches zu langsam anwäohst. Die während der Ver-* brennung entstehenden Bndprodukte bestehen u.a. aus SO₂* SO«, Elementarkohlenstoff, d.h. Ruß und Stickstoffoxyden, die, wie oben behandelt, die Umwelt schädigen.

Pig. 2 zeigt dieselbe Brennstoffdüse 11, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wobei das Gehäuse 15 und der Verbrennungsluftmantel 13 fortgelassen sind. Fig· 2 zeigt

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ferner in unterbrochenen Linien die Ausgangsstellung des Brennetoffkegeis_o Ferner zeigt die Figur schematisiert, wie erfindungsgemäß die Lufthülle außerhalb des Brennstoffkegeis 12 in Richtung der Pfeile 16 von der Brennerachee nach außen verformt werden kann« Hierbei wird davon ausgegangen, daß konzentrisch zur Achse ein ringförmiger Spalt oder Ring von öffnungen vorgesehen ist, der oder die mit einem Unterdruokerzeuger in Verbindung stehen, wie er beispielsweise durch ein Saugzuggeblase 17 veranschaulicht ist, dessen Saugstutzen mit dem Bezugszeiohen 18 versehen ist, während der Druck- bzw· Austrittsstutzen mit 19 gekennzeichnet ist. Die von dem Gebläse 17 angesaugte Luft wird durch die Öffnung 19 entfernt vom Brenner abgeblasen. Die sich daraus ergebende Bewegung der Lufthülle in Richtung der Pfeile 16 in die Zone außerhalb des Brennstoffkegels 12 eraeugt einen Unterdruck_f der ein Aufweiten des Brennstoffkegels 12 zur Folge hat, der auf diese Weise gemäß der Darstellung in Fig· 2 die Form einer Schale 20 annimmt* deren Spitzenwinkel ebenfalls erheblioh erweitert ist.

Der sohraubenlinienförmige Pfeil 21 zeigt eine Stromlinie an, die entsteht, wenn die Brennstoffschale 20 um ihre eigene Achse rotiert, obgleich dieses nicht immer notwendig ist« Die Bewegung der Brennstoffschale 20 kann in bekannter Weise beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß innerhalb der Düse tangential gerichtete Nuten vorgesehen sind,

Figo 3 zeigt sohematisch die Verformung des Brennstoffkegels und des Verbrennungsluftmantels gemäß der in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Art. Fig. 3 zeigt

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die Düsenmündung 10» die Düse 11, das Gehäuse 15» die Verengung 14» den ursprünglichen Brennstoffkegel 12, den Verbrennungsluftkegel 13 und den sciialenförmigen Brennstoffschleier 20. Ferner ist in Fig· 3 der schalen* förmige Mantel der Verbrennungsluft 22 gezeigt, der koaxial den sohalenförmigen Brennstoffschleier 20 umgibt. In Verbindung mit den beiden Schalen sind schrauben« linienförmige Pfeile 21 imd 23 zur Veransohauliohung von Stromlinien wiedergegeben, wenn die Schalen rotierend ausgebildet werden. Die Pfeile 16 gemäß Pig. 2 sind in Figo 5 übernommen und stellen die Bewegungaxichtungen der Lufthülle dar_f die sich beim Absaugen der Lufthülle aus der Sone ergeben«, die im v/es ent liehen im Bereich der Basen der Pfeile liegt_r v/as in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung von besonderer Bedeutung ist« Pig. zeigt außerdem wie der Brennstoffkegel 12 und der Verbrennungsluftkegel 1.3 im wesentlichen aufgeweitet werden können. Diese Aufweitung der beiden Kegel wird durch Unterdruok bewirkt, der in der Zone erzeugt wird, die der Düsenöffnung unmittelbar benachbart liegt und ist darauf zurückzuführenε daß Luft durch die Verengung H austritt und Unterdruck um Sie zylindrische Oberfläche des Verbrennungsluftmantele in einem Bereich erzeugt wird» der radial außerhalb der Verengung 14 liegt. Durch

) die Aufweitung der Kegelwinkel werden die beiden Schalen 20 und 22 zusammengeführt, woraus sich eine konzentrierte Mischung aus Luft und Brennstoff ergibt, die, wenn sIß gezündet wird, eine relativ stabile Verbrennungszone ergibt. Wird der Unterdruok erhöht, bewegt sich die Ver~ brennungszone nach hinten in Richtung auf die Brennstoffdüse und wird radial nach innen konzentriert. In dieser VerbrennungBzone läuft die Verbrennung schneller ab als beim Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 1. Auf diese Weise

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wird ein wesentlich schnelleres Anwachsen der Temperatur erreicht, was zur Unterdrückung von Rußbildung und der Bildung anderer für die Umwelt schädlicher Endprodukte führt.

Während in Figo 1 Us 3 das Grundprinzip der Erfindung erläutert wurde, aeigen Fig· 4 Ms 10 praktische Ausführun^sbeispiele sur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in Verbindung mit diesen Figuren näher erläutert wird«

Das erfindungsgesaäße Verfahren zur Erzeugung einer Unterdruckaone außerhalb der Brennstoff- und Terbrennungsluftkegel wurde in Verbindung mit Fig» 1 bis 3 nur grundsätzlich erläutert. So stellt die Verwendung eines Saugzuggebläses od» dgl, zur Verschiebung der Lufthülle nach außen nur eine vereinfachte Grundausführung dar. Auch wurde nur angedeutet, daß der Luftströmung eine spezielle Richtung gegeben werden kann. Bs ist jedoch für das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhafte wenn die Verbrennungsluft und /oder der Brennstoffnebel in eine Drehbewegung versetzt werden können. Eine derartige Drehbewegung erzeugt eine wirksamere Mischung des Brennstoffnebels mit der Verbrennungsluft. Ein Ausführungsbeispiel eines Brenners zur Erzeugung einer derartigen Bewegung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in Fig«, 4 dargestellt, In der das Bezugszeiohen 24 einen Körper bezeichnet, der eine Brennstoffdüse 25 umgibt und sich in Richtung auf das Mundstüokende des Brenners erweiternd ausgebildet ist. Der Körper 24 geht sodann in einen rohrförmigen Abschnitt 26 Über, der gleichzeitig eine Leitung für den Brennstoff und ein Ansohlußorgan für eine Anzahl schraubenlinienförmig gebogener Leitsohaufeln 27 darstellt,, Der Körper 24 und sein Absohnitt

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werden von zwei koaxialen Rohren umschlossen,Yon denen dae innere mit 28 und das äußere mit 29 bezeichnet ist. Die Rohre 28 und 29 Bind an ihren freien Enden im Bereich der Düse 25 und um diese herum mit Planschen 30 und 31 versehen„ Zwischen dem Körper 24 und seinem Abschnitt und dem inneren Rohr 28 ist ein Strömungakanal 32 für Verbrennungsluft ausgebildet, dem eine Rotationsbewegung duroh die Leitsehaufein 27 verliehen wird, was durch Pfeile 33 angedeutet ist. Wie aus Figo 4 ersichtlich, hat der Strömungskanal 32 eine Verengung 34, die duroh die Gestaltung des Körpers 24 gebildet ist. Als Folge | dieser Verengung wird der Verbrennungsluft eine Ejectorwirkung verliehen. Ferner ist zwiBChen den Rohren 28 und

29 ein relativ enger, ringförmiger Kanal ausgebildet, durch den Luft gemäß Pfeilen 36 durch einen Spalt 37 nach außen gedrückt wird, der zwiechen den beiden Planeoben

30 und 31 ausgebildet ist«,

Wie aus Pig· 4 ersichtlioh, tritt der Brennstoff duroh die Dlisenaündu&g 35 aus und bildet einen schalenförmig en Sohleier, wie es unter dem Bezugsseiohen 20 in Pig. 3 dargestellt 1st. Sie duroh die Verengung 34 austretende Luft bildet während der Rotationsbewegung einen schalenförmigen Hantel 22, der teilweise mit der Brennetoff-) sohale 20 zusammenfällt, wie es in Verbindung mit Fig, beschrieben wurde« Hierbei rotiert die schalenförmig % vertelltgfert&nnungsluft um ihre Achse gegenüber der Brennstoffschale 20, was durch Pfeile 33 veranschaulicht ist. Auf diese Weise wird eine intensive Mischung von Brennstoff und Luft verbunden mit einer schnellen Verbrennung erreioht, wie es in Verbindung mit Pig. 3 beschrieben wurde. Die Verbrennung kann jedoch erheblioh dadurch verbessert werden, daß die Rüokzlrkulation der heißen Verbrennungsgase und damit von noch unverbrannteai

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EreT-nstoff-Luftgeniiccb verstärkt wird. Fig· 4 veranschaulicht ein Verfahren zur Erzeugung einer derartigen Bückzirkulation durch. Verwirbelung der die Verbrennungszone umgebenden Lufthülle«, Wie aus Figo 4 ersiohtlioh, versetzt die positiv gerichtete _t durch den Ringspalt in Richtung der Pfeile 36 austretende Luft aufgrund der Ejectorwirkung, die iai Bereich des Spaltes 37 befindliche Luft in eine Rotationsbewegung und bildet Wirbel 38, die in Form eines Ringes den Flansch 30 umschließen. Umgekehrt indusi eri die Wirbelbewegung zusammen mit der Gasbewegunß in eier Verbrennungszone eine sehr starke Wirbelbewegung; die durch den Pfeil 39 angedeutet ist, wodurch hei.ßa Verbreumuigsgase au dem Ausgangspunkt der Verfcronnungnisone aurückgeloitet werdem Die zurückgeleiteten he ißRn Ve?:bronnungsgase erhöhen weiter die Temperatur in der Verbrennungszone, so daß die Verbrennung äußerst intensiv wird und dadurch gleichzeitig auf einen relativ engen Bereich rund um die Brennerachse konzentriert wird, je weiter die Verbrennungszone in Riohtung der Brennermündung bewegt wird. Ein besonders wesentlicher Faktor, der mit dem Einziehen der Verbrennungszone zusammenhängt, ist die Luftströmung durch die Verengung 34 um. den Körper 24 herum. Diese Strömung verursacht aufgrund der Ejectorwirkung die Bildung einer Unterdruckzone vor dem Körper 24 um die Brennetoffdüsenmündung 35 herum,. Bs sei darauf verwies en _t daß gleichzeitig mit den beiden nun zusammenfallenden Schalen 20 und 22 eine Rückzirkulation der heißen Verbrennungsgase stattfindet, die auf die Hündung der Brennstoffdüse gerichtet iet. Diese heißen Verbrennungsgase fördern in der bereits beschriebenen toeise die Intensität der Verbrennung in der Verbrennungszone.

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Bs wurde erkannt» daß der Winkel zur radialen Ebene der positiv gerichteten aus dem Spalt zwischen den Planschen 30 und 31 austretenden Luftströmung kritisch ist oder mindestens in bestimmten geeigneten Winkelbereichen aufrechterhalten werden sollte₉ um günstige Verbrennungsergebnisse zu erzielen«, In der schematischen Darstellung von Pig» 5 sind zwei Rohre 28 und 29 mit ihren Planschen 30 und 51 gezeigt, die unter einem negativen Winkel von 20° zu der radialen Ebene geneigt sind, die durch die Linie 40 veranschaulicht ist. Dieser Winkel von -20° liegt bei der Ausführungaform gemäß Pig., 4 vor«, Versuche * haben jedoch gezeigt₉ daß es möglich ist, die Gasströmung unter einem Winkel von +10° und -=60° zur radialen Ebene

40 austreten zu lassen_t wie dieses in Pig₀ 5 gezeigt ist_e Besonders geeignete Winkelbereiche erstrecken sich zwischen +5° und -30° zur radialen Ebene 40 und weisen von der Düsenachse weg»

Gleichzeitig kann es vorteilhaft sein» die Gasströmung positiv unter einem Winkel zu dem Radius der oben de« finierten Ebene austreten zu lassen« wozu beispielsweise auf die perspektivische Schnittdarstellung des Brenners gemäß Pig» 6 Bezug genommen wird· Pfeile 41 zeigen die positiv gerichtete Gasströmung an und sind hierbei unter einem Winkel zu Linien gerichtet, die sich senkrecht zur Achse der Brennerdüse erstrecken Diese positiv gerichtete Bewegung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden ₉ daß man die zwischen den Rohren 28 und 29 austretende Luft auf einen schraubenlinienförmigen Pfad leitet» so daß sie in Richtung der Pfeile

41 austrittο Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die nach innen weisenden Oberflächen der Flansche 30 und 31 innerhalb des Spaltes 37 mit leitschaufelartigen Elementen versehen sein,oder der Spalt kann

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durch, einen Ring mit öffnun^63 ersetzt werden, die eine in vorbestimmter Weise ausgerichtete fiiohtung haben und die Luft positiv in der Weise lenken, daß sie unter eineis bestimmten Winkel zu den Linien ausströmt, die sich senkrecht zur Düsenachse erstrecken? was in Fig_o 9 dargestellt ist.

7 aeigt schematiach eine weitere Ausführungsform eines Brenners, bei dem der Strömungskanal für die Verbrennungsluft in ©inen Ejector angeordnet ist, der zur Vermindsrufiß des Druckes im Bereich der B.rennerspitze außerhalb der VeTbrennungs3.uftscha!le ausgelegt ist_o In Fig. 7 ist mit 42 die eigentliche Brennstoffdüse bezeichnet;, dia von einem Körper 45 umschlossen ist,entlang d&eaen Stirnfläche 44 die Verbrennungsluft in Richtung der Pfeile 45 durch ein umschließendes Gehäuserohr strömt _r. das etwa bis zur Höhe der freien Oberfläche des Körpers 43 hoohgezogen ist» Koaxial zum Rohr 46 ist ein äußeres Rohr 47 angeordnet, wobei ein ringförmiger Strömuntjsspalt entsteht, durch den die Luft in Richtung der Pfeile 48 strömt. Am Ende des Rohres 47 ist ein Ring angeordnet, der als Stütz- und Abstandselement dient, das ein ringförmiges Auslaßorgan 49 unter einem Abstand vom freien Ende des Rohres 47 hält, so daß eine ringförmige öffnung 50 zwischen dem freien Ende des Rohres 47 und dem Auslaßorgan 49 gebildet wird. Durch das Zusammenwirken der Luftströmung innerhalb des Rohres 46 mit der Luftströmung innerhalb des Spaltes zwischen dem Rohr 46 unu dem äußeren Rohr 47 werden Wirbel 51 im Bereich rund um den Brennerkopf und außerhalb der Brennstoff-Luftschale gebildet, die sioh als Ergebnis des Untexdruckes einstellen, der außerhalb des Spaltes 50 durch die Ejecto2"*'irkung erzeugt wird. Die Wirbel

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enthalten im wesentlichen zurüokgeführte Rauchgase, die aus der Berührungszone zwischen den Wirbeln 51 und der zylindrischen Oberfläche des schalenförmigen Mantels der Verbrennungszone mitgerissen werden_t, was uurch Pfeile 52 veranschaulicht IBt₀ Wie aua Pig« 7 ersichtlich* wird innerhalb der Verbrennungszone eine zentrale Rückzirkulation erreicht„ was durch schleifenförmige Pfeile 53 veranschaulicht ist» Auf diese Weise wird eine Rückzirkulation der Verbrennungsgase in Richtung des Zentrums der Brennstoffschale erreicht, k wodurch der Brennstoffnebel schnell erwärmt und damit eine schnelle Verbrennung erreicht wird_o Figo 7 zeigt außerdem als Beispiel zwei Leltungeenden χ und y beliebig ausgewählter Zündeinrichtungen,,

Pig, 8 zeigt die Hälfte eines weiterhin abgewandelten Brenners, bei dem der zentrale Körper 43 der Ausführungsform gemäß Fig. 7 entspricht. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform endet ein inneres Rohr 54 unter einem bestimmten Abstand hinter der freien Oberfläche 44 des Körpers 43» Ein äußeres Rohr 55 ist mit einem kreis- oder ringförmigen Ejector 56 versehen und umschließt das Rohr 54 unter Einschluß eines ringförmigen Spaltes 57 und läuft unter einem bestimmten Abstand vor der freien Oberfläche 44 des Körpers 43 aus_o Die Verbrennungsluft strömt in Richtung eines Pfeiles 59 zwischen dem Körper 43 und dem inneren Rohr 54 durch eine Verengung 58 am freien Ende des Rohres 54 vorbei, wo die Luft radial nach außen durch Luft mitgerissen wird, die mit einer höheren Geschwindigkeit aus dem Spalt 57 austritt„ Die beiden Luftströmungen erhöhen dann zusammen die Ejectorwirkung, wenn sie den Ejector 56 passieren, so daß ein Rückzirkulationswirbel, der durch den Pfeil

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veranschaulicht ist, ähnlich dem Wirbel 51 in Pigο 7 und mit derselben Wirkung erzeugt wirdo

Die radial nach außen abgelenkte Strömung der Verbrennungsluft, die durch die Verengung 58 in Richtung des Pfeiles 59 strömt erzeugt einen Unterdruck vor der freien Stirnfläche 44 des Körpers 43 und um die Stirnfläche 44 herum. Diese Unterdruckaone trägt dazu bel_s einen Brennstoffilm 61 nach außen zu ziehen, und lenkt diesen zurück, wodurch der Film 61 in überraschender Weise und besonders Wirksam in einen äußerst feinen Nebel versprüht wird, der über die freie Oberfläche 44 nach hinten gezogen und mit der Verbrennungsluft vermischt wird. Unter idealen Bedingungen erhält dann die Verbrennungszone ein Profil« wie es durch die gestrichelte Linie 62 veranschaulicht ist.

Figo 10 zeigt eine weitere Ausführungsform des Brenners, der zahlreiche Spalte und Strömungskanäle zur positiven Ablenkung der Luftströmungen unter unterschiedlichen Winkeln zu den zuvor definierten Linien, die sich senkrecht zur Düsenachse erstrecken^/In Hg. 10 ist mit 64 ein zentrales Rohr bezeichnet, das an einem Ende eine Brennstoffdüse 65 trägt. Koaxial zum Rohr 64 erstrecken sich zwei Rohre 66 und 67, die zwei Luftströmungskanäle 68 und 69 bilden. Das Rohr 64 ist im Bereich der Brennerdüse 65 mit leitflächen 70 versehen, die zusammen mit Leitflächen 71 am Rohr 66 der Luftströmung eine durch den Spalt festgelegte Richtung geben» Das Rohr 66 ist ferner mit Leitflächen 72 versehen, die zusammen mit Leitflächen 73 am Rohr 67 die Luftströmung in eine Richtung leiten« die sich von der der ersten Luftströmung unterscheidet _r.

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Obgleich nur awei Spalte dargestellt sind» können auch weitere Spalte vorgesehen sein und ihre Ausgestaltung kann so gewählt werden, daß die aus ihnen austretende Luft in irgendeine gewünschte Richtung gegenüber der Radialeren© gelenkt wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche ι

Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen, die aus einer Mündung so ausgestoßen werden, daß sie einen im wesentlichen kegelförmigen Brennstoffsohleier bilden, der mit einem im wesentlichen koaxial mit dem Brennstoffschleier ausgebildeten Verbrennungsluftmantel gemischt wird, daduroh gekennzeichnet, daß außerhalb des Brennstoffschleiers und des konzentrisch zu diesem angeordneten Verbrennungsluftmanteis ein Unterdruck aufrechterhalten wird, der die Verbrennungazone nach hinten zurückgezogen hält und um die Achse des kegelförmigen Brennstoffschleiers konaentrierte

2_o Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Unterdruok durch kontinuierliche Absaugung der Lufthülle, beispielsweise durch ein Saugzuggebläse, aufrechterhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, duß der Unterdruck durch Halten der Lufthülle in einer im wesentlichen toroidförmigen, die Brennerachse umschließenden Verteilung von Wirbeln aufrechterhalten wird ο

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbel durch Versetzen der Lufthülle in eine positiv angetriebene und in eine bestimmte Riohtung weisende Gasströmung gebildet werden.

5„ Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruok durch eine Kombination von Saugwirkung und positiv angetriebener und in eine bestimmte Richtung

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- 18 '-weisender Gasströmung aufrechterhalten wird»

6 ο Verfahren nach Anspruch 4 und 5» dadurch ^ekennzeichnet» daß die Gasströmung unter einem Winkel zwischen ψ10° und -60°» insbesondere +5° und -30°, und vorteilhafterweise um -20° zur radialen Ebene der Brennerachse und von dieser fortwelsend ausgerichtet wird«,

7. Verfahren nach Anspruch 6_f dadurch gekennzeichnet., daß die Gasströmung zusätzlich unter einem Winkel zum Radius der Radialebene annger lohtet wird*

Br. Verfahren nach ei?iem der Ansprüche 1 bis 7_P dadurch gekennzeichnet,, daß die Verbrennungssone nach hinten über den Brennstoffeinspritzbereich zurückgezogen gehalten wird» indem hinter diesem Bereich ein zusätzlicher Unterdruck erzeugt wirdo

9ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, bestehend aus einer mit einer Mündung versehenen Brennstoffdüse, die einen im wesentlichen konischen Brannstoffschleier abgibt und die yon einem ringförmigen Spalt oder einem Ring von Öffnungen für die Zuführung der erforderlichen Verbrennungsluft in P Form eines zum Brennstoffsohleier im wesentlichen ko« axialen Luftmantels umschlossen ist_r dadurch gekenn*= zeichnet, daß um die Brenneraohse außerhalb das Brenn*» Stoffschleiers und des Verbrennungluftmantels herum Organe in Form eines Ringes vorgesehen sind* die so angeordnet sind, daß sie während der Aufrechterhaltung eines Unterdruckes die außerhalb des Verbrennungsluftmantels und des Brennstoffschleiers liegende Lufthülle von der Achse weg nach außen reißen» wodurch die Verbrennungszone nach hinten zurückgezogen gehalten und um die Achse konzentriert wird,

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10ο Vorrichtung nach Anspruch 9_t dadurch gekennzeichnet_e daß die Organe mindestens einen ringförmigen Spalt oder einen Ring von Öffnungen bilden, die mit einem Unterdruck« erzeuger, beispielsweise einem Saugzuggebläse, in Verbindung stehen.

11 ο Vorrichtung nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet, daß die Organe mit mindestas einem ringförmigen Spalt oder einem King von Öffnungen versehen sind« die in eine bestimmte Richtung weisen und mit einem Druckerzeuger in Verbindung stehen»

12. Vorrichtung nach Anspruoh 11 * dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt oder die Ringöffnungen so ausgerichtet ist bzw. sind, daß um die Achse herum eine im wesentlichen toroidförmige Wirbelbewegung erzeugt wird.

13c Vorrichtung nach Anspruoh 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein ringförmiger Spalt oder ein Ring von öffnungen mit e«r<jrt V^.ardruclreraeuger und mindestens ein zweiter ringförmiger Spalt oder Ring von Öffnungen mit einem Druckerzeuger in Verbindung stehen.

Ho Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt oder Ring von Öffnungen unter einem Winkel zwischen +10 und -60°, insbesondere +5° und -30°, und vorteilhafterweise um -20° zur radialen Ebene der «ehse und in eine bestimmte Riohtung von der Achse fortweisend ausgerichtet ist,

15ο Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt oder Ring von Öffnungen so angeordnet ist, daß eine Gasströmung unter einem Winkel zum Radius der radialen Ebene ausgerichtet ist«

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16o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15s dadurch gekennzeichnet _t daß die Organe Ejectoreinrichtungen umfassen.

17o Vorrichtung nach Anspruch 16« dadurch gekennzeichnet« daß mehrere Ejjectoren konzentrisch unter untersohiedliohen Radien angeordnet sind«,

18o Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ejector unter einem bestimmten Winkel zu den übrigen Ejectoren angeordnet ist_o

19, Vorrichtung nach Anspruch 18„ dadurch gekennzeichnet, daß die Ejeotoren zur Erzeugung eines Unterdruckes hinter der Brennstoffaustrittsmündung vorgesehen sind, dessen Größe derart ist, daß eine Verbrennungszone aufrechterhalten .wird, von dör ein Teil hinter der Brennstoffaustrittsmündung liegtο

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