DE3943096A1 - Verfahren und vorrichtung zum feinen zerstaeuben eines fluessigen brennstoffs und mit dieser vorrichtung versehener brenner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum feinen Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffs und betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, der mit einer verbesserten Zerstäubungsvorrichtung versehen ist.

Der technische Bereich der Erfindung ist jener des Aufbaus von Brennern für flüssigen Brennstoff, der durch eine Hilfsflüssigkeit zerstäubt wird.

Es sind Brenner für flüssigen Brennstoff bekannt, der durch ein Hilfsfluid bzw. eine Hilfsflüssigkeit zerstäubt oder verdüst wird.

Derartige Brenner sind beispielsweise in dem Patent FR-A-1 3 05 391, in den Veröffentlichungen FR-A-2 2 88 940 und FR-A­ 25 20 484 (Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard) beschrieben.

Alle diese Brenner weisen eine oder mehrere innere Vermischungskammern oder Mischkanäle auf, in denen der flüssige Brennstoff und ein Hilfsfluid unter Druck eingespeist werden, das im allgemeinen komprimierte Luft oder Wasserdampf ist. Die Mischkammer oder die Mischkanäle münden in eine Brennkammer durch Öffnungen, aus denen jeweils ein zerstäubter oder versprühter Brennstoffstrahl austritt. Die Zerstäubung der Flüssigkeit erfolgt aufgrund eines erheblichen Geschwindigkeitsunterschieds zwischen dem Hilfsfluid von geringer Dichte, das stark komprimiert ist und das sich unter dem Effekt des Druckunterschieds zwischen der Mischkammer und der Brennkammer entspannt, und dem flüssigen Brennstoff von stärkerer Dichte. Es handelt sich tatsächlich um ein zweiphasiges Strömen, gebildet aus sehr feinen Flüssigkeitströpfchen in Suspension in dem Gas.

Der Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der beiden Phasen erzeugt ein Zerreißen des Flüssigkeitsfilms, der in feine Tröpfchen zerfetzt. Die so erhaltene Mischung wird manchmal zu unrecht als Emulsion bezeichnet, während es sich tatsächlich um ein Aerosol handelt, d. h. eine Suspension von Flüssigkeitströpfchen in einem Gas.

Die Qualität der Verbrennung, insbesondere das Verhältnis der festen, kohlenstoffhaltigen Rückstände, die man in dem Ruß findet, hängt viel von der Qualität der Zerstäubung und der Feinheit der Tröpfchen des flüssigen Brennstoffs ab.

Untersuchungen haben gezeigt, daß der Hauptanteil der Masse der festen, kohlenstoffhaltigen Rückstände, die aus der Verbrennung der zerstäubten flüssigen Brennstoffe herrührt, aus hohlen Kohlenstoffpartikeln von großem Durchmesser gebildet ist, genannt "Cenosphäre" (cenospheres), die von der Vergasung und somit einer unvollständigen Verbrennung der größten Flüssigkeitströpfchen herrührt. Die Zeit der vollständigen Verbrennung eines Tröpfchens des flüssigen Brennstoffs hängt von seinem Durchmesser und der Natur des Brennstoffs ab. So brennen in den Feuerräumen mit kalten Seitenwänden die größten Tröpfchen nicht ausreichend schnell, um vollständig verbrannt zu werden, bevor sie die kalten Seitenwände erreichen, und sie rufen unverbrannte Kohlenstoffrückstände durch einen Abschreckeffekt hervor. Dieses Phänomen ist umso wichtiger, je schwerer der flüssige Brennstoff ist.

Es ist so bei den Wärmetechnikern gut bekannt, daß zur Reduzierung der Rate der festen Rückstände, die durch einen Brenner mit Flüssigbrennstoffzerstäubung erzeugt werden, es notwendig ist, verbesserte Zerstäubungseinrichtungen zu verwenden, die erlauben, die Erzeugung von Tröpfchen mit großem Durchmesser, beispielsweise von Tröpfchen, die einen Durchmesser in der Größenordnung von 30 bis 100µm zu verhindern oder bis zu einem Maximum zu reduzieren und den maximalen Durchmesser der Tröpfchen zu reduzieren. Wenn man den Durchmesser der größten Tröpfchen reduziert, so reduziert man den Abschreckeffekt bei Kontakt der kalten Seitenwände und die Verringerung der kohlenstoffhaltigen Rückstandsrate ist umso größer, wie die Flamme sich in einem Brenner mit kalten Seitenwänden befindet, wenn die Seitenwände näher an der Flamme sind und der Brennstoff schwerer ist.

In den bekannten Brennern sind die Ausgangsöffnungen der zerstäubten flüssigen Brennstoffstrahlen im allgemeinen am Ende einer Leitung oder Düse angeordnet, die mehr oder weniger lang ist, in der ein Seitenwandeffekt entsteht, der die Bildung eines flüssigen Brennstoff-Filmes gegen die Seitenwand der Leitung oder der Düse hervorruft.

Aufgrund eines Kapillareffekts und eines Oberflächenspannungseffekts hat der Film die Tendenz Flüssigkeit zu sammeln, wohingegen im Gegenteil versucht wird, ihn zu feinen Tröpfchen aufzuteilen. Der Film bewegt sich zur Ausgangsöffnung und er wird in die Brennkammer unter Form von Tröpfchen getrieben, deren Durchmesser erheblich größer ist als jener der Tröpfchen, die in dem Strahl enthalten sind, der aus der Öffnung tritt. Beispielsweise weisen die Tröpfchen des Strahls einen Durchmesser von 5 oder 10µm auf, während die Tröpfchen aufgrund der Mitnahme des Film einen Durchmesser von 30 bis 100µm aufweisen. Die Mehrzahl der größten Tröpfchen, die in die Brennkammer eintreten, rühren von diesem Seitenwandeffekt her.

Darüber hinaus hat der Flüssigkeitsfilm die Tendenz, wenn er in der Brennkammer ankommt, den inneren Seitenwänden der Brennkammer zu folgen, wo er der Mitnahme durch den Strahl entkommt. Wenn es sich um einen schweren Brennstoff oder extraschweren Brennstoff handelt, verursacht er um die Brennernase die Ablagerung von Koks oder Ansammlungen von Teerrückständen.

Um die Zerstäubungsqualität zu verbessern, wurden Zerstäubungsdüsen vorgeschlagen, in denen der flüssige Brennstoff axial eingespritzt wird und das Hilfsfluid tangential derart eingespritzt wird, daß es eine schraubenförmige Bewegung in der Düse erzeugt.

Diese schraubenförmige Bewegung erzeugt eine Zentrifugalkraft, die dazu tendiert, Flüssigkeitstropfen gegen die Seitenwand mitzunehmen, wo sie einen Film bilden, der schließlich zur Bildung von großen Tröpfchen führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, verbesserte Einrichtungen zur Zerstäubung und Brenner zu schaffen, die mit diesen Zerstäubungseinrichtungen versehen sind, die erlauben, die Feinheit der Brennstofftröpfchen zu verbessern, die Menge der Tröpfchen mit großem Durchmesser zu reduzieren und den Durchmesser der größten Tröpfchen zu reduzieren.

Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum feinen Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffs ist vom bekannten Typ, gemäß dem der genannte flüssige Brennstoff mit einem komprimierten Hilfsfluid in einer Kammer oder in Mischungsleitungen vermischt wird, wobei die Kammer oder die Leitungen Ausgangsöffnungen aufweisen, die in eine Brennkammer münden und wobei von jeder von diesen ein zerstäubter Brennstoffstrahl ausgeht.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren, nach dem vor jeder Ausgangsöffnung eine zweite oder Sekundär-Düse gesetzt wird, die einen größeren Durchmesser als jener der Ausgangsöffnungen aufweist, und die koaxial zur Öffnung verläuft, und daß in die genannte zweite Düse ein komprimiertes Hilfsfluid unter einem Druck eingespritzt wird, der ausreicht, daß es sich mit einer größeren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Umfangsschichten des zerstäubten Brennstoffstrahls entspannt, der die genannte Öffnung verläßt.

Ein Flüssigbrennstoffzerstäuber gemäß der Erfindung ist vom bekannten Typ, der eine oder mehrere erste oder Primär- Düsen aufweist, von denen zerstäubte Brennstoffstrahlen ausgehen und er ist gekennzeichnet dadurch, daß er weiterhin stromauf einer jeden der ersten Düsen eine zweite oder Sekundär-Düse aufweist, die koaxial zur ersten Düse verläuft, und die einen größeren Durchmesser bezüglich des Durchmessers der ersten Düse aufweist, und der weiterhin Einrichtungen zum Einspritzen eines ausreichend komprimierten Hilfsfluids in die zweiten Düsen aufweist, damit dieses sich mit einer größeren Geschwindigkeit entspannt als der Geschwindigkeit von Umfangsschichten des die erste Düse verlassenden Strahls.

Ein Brenner gemäß der Erfindung ist vom bekannten Typ, der einen ersten oder Primär-Zerstäubungskopf aufweist, der eine Mischkammer begrenzt, in die der genannte flüssige Brennstoff eingeführt wird, und ein Hilfsfluid unter Druck eingeführt wird, und weist weiterhin erste oder Primär- Zerstäubungsdüsen auf, die jeweils eine Ausgangsöffnung aufweisen, aus der ein zerstäubter Brennstoffstrahl herauskommt.

Ein erfindungsgemäßer Brenner weist weiterhin einen zweiten oder Sekundär- Zerstäubungskopf auf, der den genannten ersten Zerstäubungskopf umgibt, wobei der zweite Kopf eine Mehrzahl von zweiten oder Sekundär-Düsen aufweist, wobei jede der zweiten Düsen koaxial zu einer ersten oder Primär- Düse verläuft und einen größeren Durchmesser bezüglich des Ausgangsdurchmessers der ersten Düse aufweist und der Brenner weiterhin Einrichtungen zum Einspritzen eines Hilfsfluids in die genannten zweiten Düsen um die die ersten Düsen verlassenden Strahlen herum aufweist.

Die Erfindung hat verbesserte Flüssigbrennstoffzerstäuber und Brenner zum Ergebnis, die mit diesen Zerstäubern versehen sind.

Die Zerstäuber gemäß der Erfindung erlauben die Tröpfchen zu zerstäuben, die sich am Umfang der die ersten Düsen verlassenden Strahlen befinden, und so zerstäubte Brennstoffstrahlen zu erhalten, in denen die Menge und der Durchmesser der größten Tröpfchen reduziert sind, was erlaubt, die festen Rückstände, die Ruß und Ablagerungen erzeugen, zu verringern.

Die jeweiligen Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die ohne einschränkenden Charakter Ausführungsbeispiele von Zerstäubern gemäß der Erfindung und von Brennerköpfen darstellen, die mit diesen Zerstäubern versehen sind. Darin zeigt:

Fig. 1 einen axialen Halbschnitt eines Zerstäubers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Axialschnitt eines Brennerkopfes gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Axialschnitt des Zerstäubungskopfes des Brenners gemäß Fig. 2;

Fig. 4 und 5 einen Axialschnitt und eine Halbansicht von vorne des Verteilers eines Brenners nach Fig. 2;

Fig. 6 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Brenners gemäß der Erfindung;

Fig. 7 einen Axialschnitt eines Verteilers des Brenners gemäß Fig. 6;

Fig. 8 und 9 Vorderansichten des Verteilers gemäß den Ansichten VIII-VIII und IX-IX von Fig. 7;

Fig. 10 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsvariante eines Brennerkopfes gemäß Fig. 6;

Fig. 11 einen Axialschnitt einer zweiten Variante;

Fig. 12 einen Axialschnitt einer dritten Variante;

Fig. 13 einen Axialschnitt einer vierten Variante und

Fig. 14 einen Axialschnitt eines Zerstäuberkopfes.

Fig. 1 stellt einen teilweisen axialen Halbschnitt eines Zerstäubungskopfes 1 dar, der am Ende vor einem Brenner mit der Achse x-x ₁ angeordnet ist.

Der Kopf 1 begrenzt eine Mischkammer 2, in der durch jegliche bekannte Einrichtung ein flüssiger Brennstoff und ein Hilfsfluid unter Druck eingespeist werden. Der Kopf 1 weist Düsen oder Stutzen oder Einspritzleitungen 3 auf, die durch eine Ausgangsöffnung 3 a in eine Verbrennungskammer münden, wo ein Druck vorherrscht, der allgemein in der Nähe des Atmosphärendrucks liegt und in allen Fällen erheblich geringer als der Druck des Hilfsfluids ist, das in der Mischkammer 2 enthalten ist. Unter der Einwirkung der Druckdifferenz entspannt sich das Hilfsfluid durch die Düsen 3 derart, daß aus jeder dieser Düsen ein zerstäubter Brennstoffstrahl 4 herauskommt, der eine Suspension von feinen Flüssigkeitströpfchen in einem Gasstrahl ist.

Ein verbesserter Zerstäuber gemäß der Erfindung weist weiterhin einen Hilfskopf 5 auf, der vor den gewöhnlichen Kopf 1 gesetzt ist.

Der Hilfskopf 5 weist zweite Düsen 6 auf, die einen größeren Durchmesser bezüglich des Durchmessers der Ausgangsöffnung 3 a aufweist und die koaxial zu den Leitungen oder Stutzen 3 derart angeordnet sind, daß die von den Öffnungen 3 a ausgehenden Strahlen 4 die zweiten Düsen 6 durchqueren, um in die Brennkammer einzutreten.

Der Hilfskopf 5 begrenzt mit dem Kopf 1 eine Hilfs- oder Zusatzkammer 7, in die ein zusätzliches Hilfsfluid eingespeist wird, das dasselbe sein kann wie das Hilfsfluid, das in die Mischkammer 2 eingespeist wird. Das Hilfsfluid entspannt sich über die Zusatz- oder Hilfsdüsen 6 und es ist mit einem Druck komprimiert, derart, daß seine Austrittsgeschwindigkeit größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Strahls 4, d. h. als die Geschwindigkeit der Schichten, die am Umfang des Strahls vorhanden sind.

So können die Fehler der Zerstäubung des Strahls, der die Öffnung 3 verläßt durch die Entspannung des zusätzlichen Hilfsfluids korrigiert werden, von dem die Wirkung auf den Umfang des Ausgangsstrahls konzentriert wird, wo sich die Tröpfchen mit dem größten Durchmesser befinden.

Dieses Verfahren ist für jeden Typ von Hilfsfluidzerstäubern und mit Ausgangsdüsen anwendbar, um die Feinheit der Zerstäubung zu verbessern.

Fig. 2 ist ein Axialschnitt eines Flüssigbrennstoffbrenners, der mit einem Zerstäubungskopf gemäß der Erfindung versehen ist. Dieser Brenner weist in bekannter Weise einen Körper 8 auf, der von einem axialen Kanal 9 durchsetzt ist.

Das hintere Ende des axialen Kanals 9 steht in Verbindung mit einer Leitung 10, durch die ein flüssiger Brennstoff herangeführt wird, beispielsweise Heizöl (fioul) oder schwere Öle (huiles lourdes).

Der Körper 8 weist zwei Reihen von parallelen Kanälen 11 und 12 auf, die auf zwei Kreisen angeordnet sind.

Die hinteren Enden der Leitungen 11 und 12 münden in kreisförmige Kammern, die mit einer zweiten Leitung 13 in Verbindung stehen, durch die ein stark komprimiertes Zusatz- oder Hilfsfluid, beispielsweise komprimierte Luft oder Wasserdampf ankommt.

Der Brenner weist weiterhin einen Zerstäubungskopf 14 auf, der am Ende vor einem Verteiler 15 angeordnet ist, der zwischen dem Zerstäubungskopf 14 und dem Körper 8 liegt. Er weist einen Deckel oder eine Haube 16 auf, die auf den Körper 8 aufgeschraubt ist und die eine Schulter 17 trägt, die in Anlage gegen den Umfang des Zerstäubungskopfs 14 kommt. Dieser ist aus zwei Teilen, einem mehrdüsigen ersten oder Primär-Kopf 18 und einem mehrdüsigen zweiten oder Sekundär-Kopf 19 gebildet, der vor dem ersten Kopf angeordnet ist und in Anlage gegen eine Schulter von diesem kommt.

Die Schulter 17 in der Zusammensetzhaube kommt in Anlage gegen den Umfang des zweiten Kopfes 19.

Der erste mehrdüsige Kopf 18 begrenzt einen Raum 20, von dem eine Mehrzahl von zylindrischen Düsen 21 ausgeht, die auf einem Konus angeordnet sind, der nach vorne divergiert. Kanäle 22 sind in die Wandstärke bzw. die Wand des Körpers des ersten Kopfes eingebracht und jeder der Kanäle 22 mündet in eine der Düsen 21.

Der flüssige Brennstoff, der die Kammer 20 füllt, durchquert die Düsen 21, wo er sich mit dem Hilfsfluid mischt, das durch die Leitungen 22 kommt, was die Zerstäubung der Flüssigkeit erzeugt, die die ersten Düsen 21 in Form von Strahlen verläßt. Derartige Brenner sind bekannt.

Ein Brenner gemäß der Erfindung weist weiterhin einen zweiten mehrdüsigen Kopf 18 auf, der eine Mehrzahl von zylindrischen zweiten oder Sekundär-Düsen 23 trägt. Die Anzahl der zweiten Düsen 23 ist gleich der Anzahl der ersten oder Primär-Düsen 21.

Die zweiten Düsen haben einen Durchmesser größer als der Durchmesser der ersten Düsen. Die zweiten Düsen sind gegenüber den ersten Düsen angeordnet und verlaufen koaxial zu diesen.

Der zweite Kopf 19 begrenzt mit dem ersten Kopf 18 einen Zwischenraum 24, der die Form einer konischen Kammer hat, in die die ersten Düsen und die zweiten Düsen münden.

Die Fig. 4 und 5 stellen entsprechend einen axialen Schnitt bzw. eine halbe Vorderansicht des Verteilers 15 dar.

Der Verteiler hat die Form eines zylindrischen Rings, der nacheinander durch zwei Reihen von Längskanälen 25 und 26 durchsetzt ist, die auf zwei Kreisen angeordnet sind.

An seinem Vorderende weist der Verteiler zwei konzentrische kreisförmige Nuten auf, eine Nut 25 a, in die die Kanäle 25 münden und eine Nut 26 a, in die die Kanäle 26 münden.

An seinem hinteren Ende weist der Verteiler 15 ebenfalls zwei kreisförmige konzentrische Nuten 25 b und 26 b auf, in denen die Kanäle 25 bzw. 26 münden.

Die Nut 25 b steht in Verbindung mit den Kanälen 12 des Körpers, während die Nut 26 b mit den Kanälen 11 des Körpers in Verbindung steht.

Die Nut 25 a steht in Verbindung mit den Kanälen 22 des ersten Kopfes und speist diesen mit Hilfsfluid. Die Nut 26 a steht in Verbindung mit der konischen Kammer 24 und speist ebenfalls diese mit Hilfsfluid.

Die Anzahl der Kanäle 25 ist größer als die Anzahl der Kanäle 26, beispielsweise weist der Verteiler achtzehn Kanäle 25 und zwölf Kanäle 26 auf.

Der Beschickungsverlust der von dem Hilfsfluid hervorgerufen wird, das in den Kanälen 25 und 22 zirkuliert, ist größer als der Beschickungsverlust des Hilfsfluids, das in den Kanälen 26 zirkuliert, derart, daß der Druck des Fluids in der Kammer 24 derart ist, daß die Entspannung des Hilfsfluids über die zweiten Düsen 23 bei einer größeren Geschwindigkeit erfolgt als die Geschwindigkeit der Strahlen, die die ersten Düsen 21 verlassen.

Die Fig. 6 ist ein Axialschnitt einer Ausführungsvariante eines Brenners nach Fig. 2. Die gleichen Bereiche bzw. Teile sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Der Einspritzkopf weist einen ersten Kopf 18 auf, der eine Mischkammer 20 begrenzt, die einerseits einen flüssigen Brennstoff empfängt, der in dem axialen Kanal 9 zirkuliert und der axial in die Kammer 20 eindringt und andererseits ein Hilfsfluid, das in den Leitungen 12 zirkuliert und das tangential in die Kammer 20 eindringt, in der es eintritt unter Vorbeiströmen zwischen Schaufeln 27.

Der erste Kopf 18 weist eine Mehrzahl von zylindrischen Düsen 21 auf, durch die die Brennstoffstrahlen, die zerstäubt sind, herauskommen.

Der Einspritzkopf weist weiterhin einen zweiten Kopf 19 auf, der mit einer Mehrzahl von zylindrischen Düsen 23 versehen ist, die fluchtend mit den Düsen 21 ausgerichtet sind und die einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als jener der Düsen 21.

Der erste und zweite Kopf begrenzen zwischen sich eine Kammer 24, in der die ersten Düsen 21 und die zweiten Düsen 23 münden.

Das Hilfsfluid, das durch die Leitungen 12 eintrifft, dringt radial in die Zwischenkammer 24 durch einen Umfangskanal ein, der mit Schaufeln 28 versehen ist.

Die Kanäle, die mit Schaufeln 27 und 28 versehen sind, bilden einen Teil eines Teils 29, genannt Emulgierer, der sich unmittelbar hinter dem Einspritzkopf und um die Mischkammer herum befindet.

Die Fig. 7 stellt einen Axialschnitt des Teils 29 dar, in dem man die Mischkammer 20 und die mit den Schaufeln 27 und 28 versehenen Kanäle sieht. Die Fig. 8 und 9 stellen Seitenansichten der Fig. 7 dar.

Fig. 10 ist ein Axialschnitt einer Ausführungsvariante eines Brenners gemäß Fig. 6. Der einzige Unterschied besteht in der Tatsache, daß die ersten Düsen 21 und die zweiten Düsen 23 konisch sind und nach vorne konvergieren, was erlaubt, noch bessere Ergebnisse als jene zu erzielen, die man mit den zylindrischen Düsen erhält.

Fig. 11 ist ein Axialschnitt einer weiteren Ausbildungsform eines Brenners nach Fig. 6. In dieser Variante trägt der erste Zerstäubungskopf 19 erste Düsen 21, die konisch sind und nach vorne konvergieren, während der zweite Zerstäubungskopf 18 zweite Düsen 23 trägt, die ebenfalls konisch sind, die jedoch nach vorne divergieren. Vorteilhafter Weise ist der Konizitätswinkel der zweiten Düsen 23 im wesentlichen gleich einem Öffnungswinkel der Strahlen, die von den ersten Düsen ausgehen. Diese umgekehrte Anordnung der Konizität der Düsen erlaubt die zweite Zerstäubung und den Austausch der Bewegungseigenschaften zwischen dem ersten Strahl und dem zusätzlichen Hilfsfluid zu optimieren, das sich über die zweiten Düsen entspannt.

Die Wahl von Kanalquerschnitten des Hilfsfluids durch den Kanal 28 und von Querschnitten der zweiten Düsen 23 erlaubt den Verbrauch des zweiten Hilfsfluids und die Qualität der Zerstäubung einzustellen und zu optimieren.

Die Tatsache, daß der Brenner ein getrenntes und austauschbares Teil 29 aufweist, erlaubt leicht den Kanalquerschnitt des Hilfsfluids zu verändern.

Fig. 12 zeigt einen Axialschnitt einer dritten Ausführungsform eines Brenners gemäß Fig. 6.

Gemäß dieser Ausführungsform weisen der erste Zerstäuberkopf 18, der die Mischkammer 20 umgibt, sowie der zweite Kopf 19 beide eine im allgemeinen halbkugelige und konzentrische Form auf, was erlaubt, die ersten Düsen 21 und die zweiten Düsen 23 unter Einbringen von Durchbrüchen und unter Verändern des Winkels α, den die Durchbrechungsachsen mit der Achse x-x ₁ des Brenners bilden, sowie die Durchmesser d ₁ der ersten Düsen und d ₂ der zweiten Düsen, herzustellen.

Fig. 13 zeigt eine Variante der Ausführungsform eines Brenners nach Fig. 12, in der der erste und zweite Einspritzkopf eine erste Gruppe von n ₁ ersten 21 ₁ und zweiten 23 ₁ Düsen aufweist, die auf einem Öffnungskonus angeordnet sind, und weist eine zweite Gruppe von n ₂ ersten 21 ₂ und zweiten 23 ₂ Düsen auf, die auf einem zweiten Öffnungskonus β angeordnet sind, wobei der Winkel β unterschiedlich ist vom Winkel α.

Diese Anordnung erlaubt die Verbrennung zu staffeln. Wenn die Querschnitte der zweiten Düsen 23 ₁ und 23 ₂ identisch sind, so sind die absoluten Austrittsgeschwindigkeiten des Hilfsfluids ebenfalls identisch, wo hingegen die Axialkomponenten V ₁ und V ₂ der die beiden zweiten Düsengruppen verlassenden Strahlen nicht dieselben sind.

Man kann die Brennstoffeinspritzung staffeln unter Auswählen der Zahlen n ₁ und n ₂ von Düsen in jeder Gruppe, der Düsenquerschnitte der beiden Gruppen und der Winkel α und β derart, daß die Erzeugung von Stickstoffoxiden verringert wird, beispielsweise durch Erhöhen der axialen Geschwindigkeit V ₁ der die Düsen der ersten Gruppe verlassenden Strahlen, die einem geringeren Winkel a entspricht und unter Verringerung der axialen Geschwindigkeit V ₂ der die Düsen der zweiten Gruppe verlassenden Strahlen, die einem Winkel β entspricht, der größer ist.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Durchmesser der ersten Düsen 21 ₁, 21 ₂ der beiden Gruppen unterschiedlich, sowie die Durchmesser der zweiten Düsen 23 ₁, 23 ₂. Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die ersten Düsen 23 ₁, 23 ₂ alle denselben Durchmesser auf und die Durchmesser der zweiten Düsen 23 ₁, 23 ₂ sind unterschiedlich.

Fig. 14 ist ein Axialschnitt eines Zerstäuberkopfes gemäß der Erfindung, der aus einem ersten Kopf 18 und einem zweiten Kopf 19 gebildet ist, der den ersten Kopf umgibt. Der erste Kopf begrenzt eine Mischkammer 20, der die ersten Düsen 21 trägt, wo hingegen der zweite Kopf die zweiten Düsen 23 trägt, die mit den ersten Düsen ausgerichtet sind.

Die Kammer 20 ist durch einen ebenen Boden 20 a begrenzt, der senkrecht zur Achse x-x ₁ des Brenners verläuft und die Eingangsöffnungen der ersten Düsen 21 sind vorteilhafter Weise so nah wie möglich an dem ebenen Boden 20 a angeordnet, d. h. am Umfang von diesem, da wo der ebene Boden an die schrägen Seitenwände anschlägt, die die Kammer begrenzen.

Diese Stellung weist den Vorteil auf, daß pulsartige und zweiphasige Strömungen vermieden werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum feinen Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffs, gemäß dem zunächst in einer Kammer (2) ein Hilfsfluid unter Druck, das radial oder tangential in die genannte Kammer eintritt, mit einem flüssigen Brennstoff vermischt wird, der axial in die Kammer eintritt, die mehrere Ausgangsöffnungen (3 a) aufweist, von denen jeweils ein zerstäubter Brennstoffstrahl austritt, und stromauf von jeder der Ausgangsöffnungen (3 a) eine zweite oder Sekundär- Düse (6) angeordnet wird, die einen größeren Durchmesser aufweist als jener der Ausgangsöffnung (3 a), und die koaxial zu jener verläuft, und radial in die genannten zweiten Düsen ein komprimiertes Hilfsfluid eingespritzt wird, das die genannten Strahlen umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Einspritzgeschwindigkeit des genannten Hilfsfluids in die genannten zweiten Düsen größer ist als die axiale Geschwindigkeit der Umfangsschichten des zerstäubten Brennstoffstrahls, der von dem Hilfsfluid umgeben wird.

2. Brenner für zerstäubte flüssige Brennstoffe vom Typ mit einem ersten oder Primär-Zerstäubungskopf (18), der eine axiale Mischkammer (20) begrenzt, in der axial der flüssige Brennstoff und radial oder tangential ein Hilfsfluid unter Druck eingeführt werden, wobei die Kammer erste oder Primär-Zerstäubungsdüsen (21), die jeweils eine Ausgangsöffnung aufweisen, aus der ein zerstäubter Brennstoffstrahl austritt, aufweist, der Brenner weiterhin einen zweiten oder Sekundär-Zerstäubungskopf (19) aufweist, der den genannten ersten Zerstäubungskopf (18) umgibt unter Begrenzung mit diesem einer Hilfskammer (7), wobei der zweite Kopf eine Mehrzahl von zweiten oder Sekundär-Düsen (23) trägt, von denen jede koaxial mit einer ersten oder Primär-Düse angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, der größer ist als die Ausgangsöffnung von diesem, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner Einrichtungen zum radialen Einspritzen in die genannte Hilfskammer eines Hilfsfluids unter ausreichendem Druck aufweist, damit dieses sich in den genannten zweiten Düsen um die von den ersten Düsen austretenden Strahlen entspannt, mit einer axialen Geschwindigkeit, die größer ist als die Geschwindigkeit der Umfangsschichten der Strahlen.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Düsen (21) kegelstumpfförmig und konvergierend nach dem Ausgang sind, und die zweiten Düsen (23) ebenfalls kegelstumpfförmig und nach dem Ausgang hin konvergierend sind.

4. Brenner nach Anspruch 2, bei dem die zweiten Düsen (23) kegelstumpfförmig und nach dem Ausgang konvergierend sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Konizitätswinkel der zweiten Düsen im wesentlichen gleich dem Öffnungswinkel der Strahlen (4) ist, die die ersten Düsen verlassen.

5. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Seitenwand des ersten Kopfes (18) und die vordere Seitenwand des zweiten Kopfes (19) konzentrische kugelförmige Bereiche sind.

6. Brenner nach Anspruch 5, in dem die genannten ersten und zweiten Einspritzköpfe zwei Gruppen von Düsen aufweisen, von denen die Achsen auf den konischen Oberflächen angeordnet sind, die mit der Achse (x-x ₁) des Brenners unterschiedliche Winkel (α, β) einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der zweiten Düsen der beiden Gruppen unterschiedlich sind.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der ersten Düsen der beiden Gruppen ebenfalls unterschiedlich sind.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er hinter dem Zerstäubungskopf einen auswechselbaren Verteiler (15, 29) aufweist, der Kanäle (25, 26, 27, 28) für ein Hilfsfluid aufweist, das einerseits den Zwischenraum (24) und andererseits die Mischkammer (20) oder Kanäle (22) speist, die in die genannten ersten Düsen (21) münden.

9. Flüssigbrennstoffzerstäubung vom Typ mit einer oder mehreren ersten oder Primär-Düsen (3) aus denen Strahlen (4) von zerstäubtem flüssigen Brennstoff ausgehen und mit weiterhin vor jeder der ersten Düse einer zweiten oder Sekundär-Düse (6), die zu dieser koaxial ist und die einen größeren Durchmesser aufweist als deren Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Einspritzen eines Hilfsfluids in die zweiten Düsen bei einem ausreichenden Druck aufweist, damit es sich durch die genannten zweiten Düsen entspannt, mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als jene der Umfangsschichten der die ersten Düsen verlassenden Strahlen.