DE1910363A1

DE1910363A1 - Brenner fuer fluessigen Brennstoff

Info

Publication number: DE1910363A1
Application number: DE19691910363
Authority: DE
Inventors: Hakluytt John Philip Dabbs; Gosport Haslar
Original assignee: NAT RES DEV
Current assignee: NAT RES DEV
Priority date: 1968-02-29
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1969-09-11
Also published as: GB1229802A

Description

betreffend
Brenner für flüssigen Brennstoff

Die Erfindung "bezieht sioh auf Brenner für flüssigen Brennstoff.

Mt flüssigem Brennstoff zu speisende Brenner zur Erzeugung hoher Temperaturen sind so ausgebildet, daß sie den Brennstoff in Form eines feinen Sprühstrahls oder Sprühnebels an die Atmosphäre abgeben, in der die Verbrennung des Brennstoffs stattfindet. In Form eines Sprühnebels hat der Brennstoff eine sehr viel größere Berührungsfläche mit der Umgebungsluft als es anderenfalls möglich wäre, und infolgedessen wird eine schnelle Verbrennung des Brennstoffs begünstigt.

Bei einer ersten Bauart eines mit flüssigem Brennstoff arbeitenden Brenners zur Erzeugung hoher Temperaturen handelt es sich um einen mit zwei Fluden arbeitenden, den Brennstoff zerstäubenden ölbrenner. Bei Brennern dieser Bauart dient ein Luftoder Dampfstrom hoher Geschwindigkeit dazu, das Heizöl zu zerstäuben, wenn es aus der Mischkammer über die Austrittsöffnungen des Brenners entweioht. Ein soloher mit zwei Fluden arbeitender Zerstäubungsbrenner umfaßt im wesentlichen einen Hauptkörper, einen Zerstäuber, dem zwei Flude zugeführt werden, und ein

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ORiGfNAL INSPECTED

Trägerrohr, das den Hauptkörper mit dem Zerstäuber verbindet. Das Trägerrohr umfaßt zwei Hohre, von denen das eine innerhalb des anderen angeordnet ist. Eines dieser Hohre verbindet einen Heizöleinläß des Hauptkörpers mit der in dem Zerstäuber vorgesehenen Mischkammer, während das andere Rohr einen Luft- oder Dampfeinlaß des Hauptkörpers mit der Mischkammer verbindet.

Beim Betrieb eines Brenners dieser Bauart befindet sich normalerweise das Heizöl in dem. einen Rohr auf einer anderen Temperatur als das über das andere Rohr zugeführte Zerstäubungsmittel. Wenn als Zerstäubungsmittel Dampf verwendet wird, ist das Heizöl das kühlere der beiden J?lude; wenn dagegen Luft verwendet wird, hat das Heizöl gewöhnlich eine höhere Temperatur als die Luft. Beim Betrieb dehnen sich aus den vorstehend genannten Gründen die beiden Rohre normalerweise unterschiedlich aus, und es ist schwierig, unter diesen Bedingungen eine einwandfreie Abdichtung zu erreichen, die das Übertreten eines Pluds aus dem einen Rohr in das andere Rohr bzw. umgekehrt verhindert. Bis jetzt werden zu diesem Zweck rollend bewegbare O-Ringe verwendet, um eine Abdichtung zwischen dem inneren Rohr des Trägerrohrs und dem Hauptkörper des Brenners zu bewirken. Diese Dichtungen erweisen sioh jedoch nicht als genügend haltbar, wenn sie den hohen Druck- und Temperaturunterschieden standhalten müssen, die beim Gebrauch des Brenners auftreten.

Bei einer anderen Bauart eines mit flüssigem Brennstoff arbeitenden Brenners zur Erzeugung hoher Temperaturen handelt es sich um die mit Heizöl gespeiste Brennerbauart, die mit einer Druckdüse ausgerüstet ist. Bei einem solchen Brenner wird das Öl dadurch zerstäubt, daß es unter hohem Druck durch eine eigens für diesen Zweck konstruierte Austrittsöffnung gepumpt wird. Ein solcher Druckdüsenbrenner umfaßt daher im wesentlichen einen Hauptkörper mit einem Heizöleinlaß und ein Trägerrohr, das nur ein einziges Rohr umfaßt, welches den Heizöleinlaß des

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Hauptkörpers mit der Austritts öffnung verbindet. Jedoch ist bei einer Bauart eines Druckdüsenbrenners der Zerstäuber unmittelbar vor der Austrittsöffnung mit einer Wirbelkammer versehen, um das Betriebsverhalten des Brenners unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu verbessern. Beim Betrieb eines Brenners dieser Bauart wird der Wirbelkammer Öl in einer Menge zugeführt, die größer ist als die Menge, welche über die Austrittsöffnung entweichen kann, und das überschüssige Öl läuft aus der Wirbelkammer über und wird zur weiteren Verwendung zum Hauptkörper des Brenners zurückgeleitet. Bei dieser besonderen Konstruktion eines Druckdüesenbrenners umfaßt das Trägerrohr zwei Rohre, von denen das eine innerhalb des anderen angeordnet ist, so daß Heizöl zu dem Zerstäuber sowie von dem Zerstäuber zurückströmen kann. Das Innere der beiden Rohre dient normalerweise dazu, das überlaufende Öl zu dem Hauptkörper zurüokzuleiten.

Bei dieser Brennerkonstruktion ist der Zerstäuberkopf nicht aus einem massiven Klotz hergestellt, wie es bei dem mit zwei Fluden arbeitenden Zerstäubungsbrenner der Fall ist, und infolgedessen besteht die Gefahr, daß der Zerstäuberkopf während des Betriebs eine "tellerförmige" Gestalt annimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Stirnfläche des Zerstäuberkopfes in einem geringen Abstand von der Feuerwand des Feuerungsraumes angeordnet ist und daher nur der mittlere Teil dieser Stirnfläche durch das durch die Austrittsöffnung des Brenners strömende Öl gekühlt wird. Da das innere und das äußere Rohr des Trägerrohrs notwendigerweise' mit abdichtender Wirkung mit den Teilen des Zerstäuberkopfes verbunden sind, führt diese Verformung zu einer entsprechenden axialen Bewegung zwischen den beiden Rohren, und diese Bewegung macht es wiederum schwierig, eine einwandfreie Abdichtung zu erzielen.

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Bei dieser Brennerkonstruktion kann eine tellerförmige Verformung des Zerstäuberkopfes auch dann eintreten, wenn die Haltemutter für den Zerstäuber zu stark festgezogen wird. Ähnliche Schwierigkeiten treten ferner dann auf, wenn die als Hutmutter ausgebildete Haltemutter verschmutzt, denn in diesem Fall "besteht die Gefahr, daß die Flamme auf den Zerstäuber trifft und eine gefährliche örtliche Erhitzung bewirkt.

Der Brenner für flüssigen Brennstoff nach der Erfindung, der im wesentlichen aus einem Hauptkörper, einem Zerstäuber und ein den Hauptkörper mit dem Zerstäuber verbindenden Trägerrohr besteht, das zwei Rohre umfaßt, von denen das eine in dem anderen angeordnet ist und beide zwei sich zwischen dem Hauptkörper und dem Zerstäuber erstreckende Kanäle begrenzen, von denen einer den flüssigen Brennstoff von dem Hauptkörper zu dem Zerstäuber leitet, ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand eines der beiden Kanäle von einem axial nachgiebigen Rohrteil gebildet ist, um axiale Relativbewegungen zwischen dieser Wand und einer anderen Wand der Kanäle ausgleichen zu können.

Die axiale Nachgiebigkeit des Rohrteils ist zweckmäßig z.B. dadurch erzielt, daß eines der beiden Rohre keine geradlinige Gestalt hat und z.B. im wesentlichen Schraubenlinien- oder wendelförmig ausgebildet ist.

Alternativ könnte axiale Nachgiebigkeit dadurch herbeigeführt sein, daß man in das eine Rohr eine z.B. aus nichtrostendem Stahl hergestellte Rohrmembran einschaltet.

Eine weitere Alternative würde darin bestehen, daß man das eine Rohr aus einem flexiblen Material, z.B. aus Gummi, herstellt. Diese Lösung könnte sich jedoch als unzweckmäßig erweisen, wenn Dampf als Zerstäubungsmittel verwendet wird.

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Eine weitere Möglichkeit "bestände darin, dem Rohr eine krenelierte Gestalt zu geben, um erzwungene axiale Ausdehnungsoder Zuaammenziehungsbewegungen auszugleichen.

Eine weitere Alternative würde darin bestehen, daß man das Rohr mit einem z.B. U-förmigen oder zickzaokförmigen Ausdehnungsabschnitt versieht.

Weiterhin könnte das axial nachgiebige Rohrteil eine isolierende Hülse sein, die zwischen den beiden Rohren angeordnet ist.

Das andere der beiden Rohre, bei dem es sich vorzugsweise um das äußere Rohr handelt, ist zweckmäßig als starres Rohr von im wesentlichen gerader Gestalt ausgebildet.

Die Erfindung umfaßt jedoch auch einen Brenner der mit zwei iTaden arbeitenden Zerstäuberbauart, bei dem das axial nachgiebige Rohr von dem inneren der beiden Rohre des Trägerrohrs gebildet ist, das dem Zerstäuber einen Heizölstrom zuführt, während das äußere Rohr dazu dient, dem Zerstäuber einen Luftoder Dampfstrom zuzuführen.

Ferner umfaßt die Erfindung einen ölbrenner der Druckdüsenbauart, bei dem das axial nachgiebige Rohrteil von dem inneren Rohr des Trägerrohrs gebildet ist, welches das überlaufende, nicht verbrachte Heizöl von dem Zerstäuber aus zurückleitet, und bei dem das äußere der beiden Rohre dazu dient, den zugeführten Heizölstrom zu dem Zerstäuber zu leiten.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

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Fig. 1 und 2 zeigen jeweils im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Brenners nach der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Brenner umfaßt einen Haupt körper 10, der durch ein insgesamt mit 14 "bezeichnetes Trägerrohr mit einem Zerstäuber 12 verbunden

In dem Hauptkörper 10 sind zwei durch eine dichte Trennwand 20 voneinander getrennte Kammern 16 und 18 ausgebildet. In der Kammer 18 ist in Anlage an der Trennwand 20 das einen größeren Durchmesser aufweisende Ende 22 eines langgestreckten hohlen Bauteils 24 angeordnet. Das andere Ende des Bauteils 24 ist durch ™ eine Kappe 26 geschützt, die mit abdichtender Wirkung gegen die mit einer öffnung versehenen hinteren Stirnfläche des Hauptkörpers 10 gezogen iat; der mittlere Abschnitt des Bauteils 24 weist öffnungen auf, die eine Verbindung zwischen der Kammer. 16 und einer Saokbohrung 28 des Bauteils 24 herstellen. In die Seitenwand des Hauptkörpers 10 sind Rohrstutzen 30 und 32 eingebaut, so daß die Kammern 16 und 18 mit Zuleitungen verbunden werden können.

Das Trägerrohr 14 umfaßt zwei Rohre 34 und 36. Das äußere Rohr 34 ist ein Stahlrohr von im wesentlichen gerader zylindri- * scher Form, dessen eines Ende mit abdichtender Wirkung in einer Bohrungserweiterung 33 der Kammer 18 befestigt ist. Das innere Rohr 36 ist ein Kupferrohr von im wesentlichen schraubenlinienförmiger Gestalt mit einem geraden Endabschnitt 38, der in die Bohrung des. hohlen Bauteils 24 an dessen verdicktem Ende 22 eingeschraubt ist. Zwisohen den gegenüberliegenden Flächen des Abschnitts 22 des hohlen Bauteils 24 und der Trennwand 20, des Rohrs 34 und der Bohrungserweiterung 33 sowie der Kappe 26 und des Hauptkörpers 10 sind Dichtungsscheiben angeordnet.

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Am anderen Ende des Trägerrohrs 14 ist das äußere Rohr 34 durch Hartlöten mit einem Rohrstück 44 des Zerstäubers 12 verbunden, während ein geradegerichteter Endabschnitt des inneren Rohrs 36 in ein kurzes Rohr 48 eingeschraubt ist, das innerhalb des Rohrstücks 44 angeordnet ist und zusammen mit diesem einen Ringkanal 49 begrenzt. Das Rohrstüok 44 ist mit dem Rohr 48 verkeilt, um während der Montage eine unerwünschte Drehbewegung zu verhindern.

Der Zerstäuberkopf 50 des Zerstäubers 12 ist zuerst mit abdichtender Wirkung mit dem Rohr 48 verbunden worden und die durch diese beiden Teile gebildete Baugruppe ist durch eine Überwurfmutter 52 gegen das Rohrstück 44 gezogen, wobei zwischen den einander zugewandten !Flächen des Zerstäuberkopfes 50 einerseits und des Rohrstücks 44 und des Rohrs 48 andererseits nicht dargestellte Dichtungen vorgesehen sind.

Wenn der bis jetzt beschriebene Brenner als Druckdüsenbrenner betrieben werden soll, ist der Zerstäuberkopf 50 mit einer Wirbelkammer und einer einzigen Austrittsöffnung versehen, und der Anschlußstutzen 32 ist mit einer Quelle für einen unter Druck stehenden st römungs fähigen Brennstoff für den Brenner, z.B. für Heizöl, verbunden. Beim Betrieb dieser Anordnung tritt das Heizöl über das Anschlußstück 32 in die Kammer 18 ein und strömt schließlich von dem Ringkanal 49 aus durch die Wirbelkammer des Zerstäuberkopfes 50 zu einer nicht dargestellten Austrittsöffnung. Das überschüssige Heizöl entweicht aus der Wirbelkammer und strömt durch die Bohrung 46 des Rohrs 48 und weiter durch das innere Rohr 36 in der Gegenrichtung zu der Kammer 16 in dem Haupt körper 10, aus der das Öl über das Anschlußstück 30 entweichen kann.

Wenn der beschriebene Brenner jedoch als mit zwei Fluden arbeitender Zerstäubungsbrenner betrieben werden soll, ist der

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Zerstäuberkopf mit einer oder mehreren Mischkammern und einem Kranz von Austritts öffnungen versehen, das Anschluß st liok 30 ist mit einer Quelle für einen unter Druck stehenden strömungsfähigen Brennstoff für den Brenner, z.B. für Heizöl, verbunden, und das Anschlußstüok 32 ist mit einer Quelle für ein Zerstäubungsmittel, z.B. unter Druck stehenden Dampf oder Druckluft, verbunden. Beim Betrieb dieser Brennerkonstruktion tritt das Zerstäubungsmittel über das Anschlußstück 32 in die Kammer 18 ein, um durch das Rohr 34 und den Ringkanal 49 zur Mischkammer des Zerstäuberkopfes 50 zu strömen. Außerdem wird Brennstoff über das Anschlußstück 30 der Kammer 16 zugeführt, von der aus der Brennstoff durch die verschiedenen Teile des Brenners strömt, bis er zu der Bohrung 46 des Rohrs 48 gelangt. Von der Bohrung 46 aus strömt der Brennstoff zur Mischkammer des Zerstäuberkopfes 50, aus der er durch den Dampf oder die Druckluft über die Austrittsöffnungen des Zerstäuberkopfes 50 herausgeblasen wird.

Wie schon erwähnt, haben bei den bis jetzt bekannten Brennern der allgemeinen Art, auf die sich die Erfindung bezieht, beide Rohre des Trägerrohrs eine im wesentlichen gerade zylindrische Form, und es ist erforderlich, besondere Dichtungsvorrichtungen, z.B. rollend bewegbare O-Ringe, zwischen dem inneren Rohr und dem Brennerkörper vorzusehen, um die Tatsaohe zu berücksichtigen, daß während des Betriebs axiale Relativbewegungen zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr des Trägerrohrs auftreten können. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann dagegen das innere Rohr 36 durch die am einen Ende des Brenners angeordneten Elemente 48 und 44 sowie die am anderen Ende des Brenners angeordneten Elemente 10 und 22 auf vorteilhafte Weise starr mit dem äußeren Rohr 34 des Trägerrohrs 14 verbunden sein. Diese Möglichkeit besteht deswegen, weil axiale Relativbewegungen zwischen den Rohren 34 und 36 durch die axiale Nachgiebigkeit des Rohrs 36 statt durch eine axiale Ver-

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Schiebung seines Endes oder seiner Enden vollständig aufgenommen werden können.

2 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners, bei dem die Wärmeübertragung zwischen den beiden die zwei Plude führenden Rohren 34 und 36 dadurch verringert ist, daß zwischen den beiden Rohren eine isolierende Hülse 53 angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein Luftspalt vorhanden ist. Die isolierende Hülse 53 ist nahe dem Zerstäuberkopf bei 54 mit dem inneren Rohr 36 und bei 55 mit dem Hauptkörper 10 durch Hartlöten verbunden.' Eine axiale Nachgiebigkeit der isolierenden Hülse ist dadurch gewährleistet, daß sie mit einem Rohrmembranabschnitt 56 versehen ist, oder daß ein Teil von ihr eine gekrümmte oder krenelierte Gestalt aufweist. Bei dieser Ausführungsform des Brenners kann sich das innere Rohr 36 gegenüber dem Hauptkörper 10 ungehindert verschieben, um eine unterschiedliche Ausdehnung des inneren und des äußeren Rohrs auszugleichen. Das rohrförmige Ansohlußstück 30 ist mit dem hinteren Ende des inneren Rohr 36 direkt verbunden. Das der Kammer 18 über das Anschlußstück 32 zugeführte Flud kann aus dem Hauptkörper 10 nicht entweichen,- da die isolierende Hülse 53 bei 55 mit abdichtender Wirkung mit dem Hauptkörper verbunden ist.

Pat ent ansprüohe

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Claims

Patentansprüche

Brenner für flüssigen Brennstoff mit einem Hauptkörper, einem Zerstäuber und ein den Hauptkörper mit dem Zerstäuber verbindendes Trägerrohr, das zwei Rohre umfaßt, von denen das eine innerhalb des anderen angeordnet ist und beide Begrenzungswände von zwei sich zwischen dem Ilauptkörper und dem Zerstäuber erstreckenden Kanälen bilden, von denen einer den flüssigen Brennstoff von dem Hauptkörper zum Zerstäuber leitet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand eines der beiden Kanäle von einem axial nachgiebigen Rohrteil (36; 53) gebildet ist, um axiale Relativbewegungen zwischen dieser Wand und einer anderen Wand (34) der Kanäle ausgleichen zu können.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines (36) der beiden Rohre (36, 34) des Trägerrohrs (1.4) das eine axiale Nachgiebigkeit aufweisende Rohrteil bildet, und daß die beiden Kanäle von der Bohrung des inneren Rohrs (36) bzw. dem Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr (34) gebildet sind.

3· Brenner nach Anspruch 2.in der Ausführung eines mit zwei Fluden zu'betreibenden Zerstäubungsbrenners, dadurch, g e kennze-ichnet, daß das innere Rohr (36) des Trägerrohrs (14) axial nachgiebig ausgebildet ist und für die Zuführung eines Heizölstroms zum Zerstäuber (50) dient, wobei der Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr (36) und dem äußeren Rohr (34) des Trägerrohrs den Kanal bildet, über den dem Zerstäuber ein Strom eines Zerstäubungsfludes zugeführt werden kann.

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4. Brenner nach Anspruch 2 in der Ausführung als Druckdüsenbrenner, dadurch ge kennzeich.net, daß das innere Rohr (36) des Trägerrohrs (14) axial nachgiebig ausgebildet ist und für das Zurückleiten des überlaufenden, nicht verbrauchten Heizöls von dem Zerstäuber (50) dient, und daß der Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Eohr (34) den Kanal bildet, mittels dessen das dem Brenner zugeführte Heizöl zu dem Zerstäuber geleitet wird.

5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, daß das axial nachgiebige Rohr eine zwischen den beiden Rohren (36, 34) des Trägerrohrs (14) angeordnete isolierende Hülse (53) ist, und daß die beiden Kanäle von der Bohrung des inneren Rohrs (36) bzw. dem Zwischenraum zwischen der Hülse (53) und dem äußeren Rohr (34) gebildet sind.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ronrteil (36) deshalb axial nachgiebig ist, weil es eine nicht geradlinige Form hat.

7· Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ronrteil (36) deshalb axial nachgiebig ist, weil es im wesentlichen schraubenlinienförmig gestaltet ist.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e ■*· kennzeichnet, daß das Ronrteil (53) deshalb axial nachgiebig ist, weil es mit einem Rohrmembranabschnitt (56) versehen ist.

9· Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ronrteil deshalb axial nachgiebig ist, weil es aus einem flexiblen Werkstoff besteht.

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1Oo Brenner naoh Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Werkstoff Gummi ist.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrteil deshalb axial nachgiebig ist, weil es eine krenelierte Gestalt hat.

12. Brenner naoh einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohrteil deshalb axial nachgiebig ist, weil es eine Dehnungsschleife aufweist.

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