SPRAY APPARATUS FITTED WITH DISTRIBUTING CAP FOR THE REDUCTION OF THE NITRIC OXIDE EMISSION DURING THE COMBUSTION OF LIQUID FUELS

Abstract: 1. An atomizer including two mixing chambers and a puton distributor-cap having directed bores, with which in the first mixing chamber for atomizing medium and fuel at least one fuel jet is directed under an angle preferably under a right angle, on to at least one jet of the atomizing medium and with which the second mixing chamber is delimited on the outflow side by the distributor-cap having preferably the form of a rotational body, characterized in that the first mixing chamber (3) is delimited on the outflow side thereof by a nozzle having preferably like bores (7) and in that the bores (14) of the distributor-cap (9) are such that on the outflow side of the distributor-cap there is with respect to the axis of the distributor-cap an asymmetric distribution of the outlet cross section for the mixture of fuel (5) and atomizing medium (2) generated in the second mixing chamber (8).

Description: Zerstäuberdüse mit aufgesetzter Verteilerkappe zur Reduzierung der Stickoxid-Emission bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberdüsenkombination aus Primärdüse und aufgesetzter, mit gerichteten Bohrungen versehener Verteilerkappe zur Reduzierung der Stickoxid-Emission bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen. Es ist bereits bekannt, auf herkömmliche Zerstäuber für flüssige Brennstoffe vom Typ des Y-Zerstäubers eine. Verteilerkappe aufzusetzen, wodurch die üblichen kurzen, intensiven Flammen des Y-Zerstäubers in mehrere lange Flammen zerlegt werden. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass die NO-Bildung bei langen Flammen gegenüber kurzen Flammen verringert werden kann. Es sind auch bereits Y-Zersttuber bekannt, bei denen sich grosse und kleine Austrittsbohrungen in regelmässigen Abstanden abwechseln bzw. bei denen eine Dclsenhälfte grosse und die andere Düsenhalfte kleine Austrittsbohrungen aufweist. Durch die Anordnung der Austrittsbohrungen werden brennstoffreiche und brennstoffarme Verbrennungszonen gebildet. In der Zone mit Brennstoffüberangebot werden die entstandenen Stickoxide zu molekularem Stickstoff reduziert. Alle vorstehend beschriebenen Zerstäuber werden sowohl auf der Brennstoff- (Heizöl) als auf der Zerst ubermedium- seite mit hohen Drücken betrieben, die je nach Durchsatz und Arbeitsbereich zwischen 8 und 20 bar bei Vollast liegen. Aufgrund dieser hohen Drucke ergeben sich auch noch im Düsenaustrittsquerschnitt relativ hohe Oberdrtcke, so dass die Entspannung auf Feuerraundruck explosionsartig direkt hinter dem Mundungsaustritt erfolgt. Hierdurch wird eine der Forderungen für NOx-zrme Verbrennung, nämlich ein langer Brennstoffeinzelstrahl mindestens teilweise zunichte gemacht. Durch eine zweistufige Ausfuehrung der Düsenkombination wird eine klare Trennung zwischen der Zerstaubungsfunk- tion - erste Stufe - und Verteilungsfunktion - zweite Stufe - erreicht. Diese Anordnung ermöglicht, beide Aufgaben (Zerstäuben/Verteilen) in optimaler Weise zu lösen. Bei der bekannten Ausfuehrung des Y-Zerstäubers mit unterschiedlich grossen Aus trittsbohrungen wird dahingegen jedoch, durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse im Mischkanal, die Zerstaubungsgllte negativ beeinflusst. Hierdurch wird das erzeugte Tropfengrössenspektrutn zu grösseren Tropfen verschoben, die in der Flamme nicht mehr vollständig ausbrennen und die Russemission erhöhen. Aufgabe der Erfindung ist die Schafrung einer ;Lerst8uoer- düse fQr flüssigen Brennstoff, mit der die NO,-Emission gegenflber den bekannten Zerstaubungsvorrichtungen weiter vermindert werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Dusenkombination aus Zer stauberdflse mit Verteilerkappe gelost, die besteht aus a) einer ersten Mischkammer (3) für Zerstäbungsmedium und Brennstoff, in der wenigstens ein Brennstoff strahl (5) unter einem Winkel, vorzugsweise einem rechten Winkel, auf wenigstens einen Strahl (2) des Zerstäubermediums gelenkt wird, b) einer die erste Mischkammer (3) ausströmseitig begrenzenden Düse (6) mit vorzugsweise gleichen Bohrungen. (7) und c) einer weiteren Mischkammer (8), die ausströmseitig durch die auf die Düse aufgesetzte körper ausgebildete Verteilerkappe (9) begrenzt ist, die derart mit Bohrungen (10, 11) versehen ist, dass sich ausströmseitig der Verteilerkappe eine bezogen auf die Achse der Verteilerkappe asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnit tes für die in der weiteren Mischkammer erzeugte Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsmedium ergibt. Die erfindungsgemässe Düsenkombination erfüllt alle bisher bekannten Voraussetzungen für die NO -arme Verbrennung in idealer Weise. Im Gegensatz zum Y-Zerstäuber mit Verteilerkappe besitzt die erfindungsgemässe Düsenkombination drei hintereinander geschaltete Entspannugsstufen. Die erste Entspannung findet beim Eintritt in die erste Mischkammer statt, die zweite beim Eintritt in die zweite Mischkammer, die dritte Entspannungsstufe findet am Mündungsquerschnitt der Verteilerkappe statt. Dort herrscht niedrigerer Druck, die Einzelstrahlen bleiben länger gerichtet. Durch die asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnittes auf der Verteilerkappe wird entsprechend der Lage des Maximums des Austrittsquerschnitts eine brennstoffreiche Verbrennungszone mit reduzierender Atmosphäre gebildet. Vorzugsweise wird die asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnittes dadurch erreicht, dass verschiedene Sektoren der Verteilerkappe in Umfangsrichtung gesehen mit Bohrungen verschiedener Grösse und/oder Anzahl versehen sind. Besonders gute Ergebnisse wurden erreicht, wenn zwei Sektoren vorgesehen sind, die je einer Hälfte der Verteilerkappe entsprechen und mit Bohrungen unterschiedlicher Grösse versehen¯sind. Dabei wird wiederum bevorzugt, wenn jede Hälfte jeweils mit an der gleichen Anzahl Bohrungen versehen ist. Bei Anordnung der erfindungsgemässen Düsenkombination in einer vertikalen Feuerraumwand ist es zweckmässig, dass ein Maximum der Austrittsquerschnittsverteilung unten und ein Minimum oben liegt. Bei einer solchen Anordnung wird ein sehr langer Flammenweg in der brennstoffreicheren Zone im Vergleich zu einer symmetrischen Düse erreicht, und es erfolgt auch eine bessere Verteilung der Wärmebelastung. Die erfindungsgemässe Düsenkombination wird anhand der beiliegenden Fig. 1 - 3 erläutert. Die Fig. I zeigt die erfindungsgemässe Düsenkombination im Längsschnitt: Der Strom des Zerstäubermediums, zugeführt durch das Zentralrohr (1), wird in Teilströme aufgelöst und durch mehrere, um den Umfang ihres Boden gleichmässig verteilte, bevor zugt zylindrische Bohrungen (2) in eine erste Hisch.kammer (3) geführt. Der Brennstoff (Heizöl) wird koaxial zum Zerstaubermedium durch das Mantelrohr (4) zugeführt. Der Brennstroffstrom wird ebenfalls in Teilströme aufgelöst, die über Eintrittsöffnungen (5) mit der Mischkammer (3) verbunden sind. Die Eintrittsöffnungen für die Brenn stoffteilströme münden im Rechten Winkel in die erste Mischkammer ein. Die erste Mischkammer wird aus einem Bodenteil und einer Düse (6) gebildet. Die Düsenbohrungen (7) sind gleichformig und bevorzugt regelmässig in den Umfang der Düse angeordnet. Das Gemisch aus Zerstauberme- dium und Brennstoff tritt durch die Düsenöffnungen der Düse (6) in eine- zweite Mischkammer (8), die durch die Düse (6) und die aufgesetzte Verteilerkappe (9) gebildet wird. Im Kopf der Verteilerkappe sind halbseitig Bohrungen unterschiedlicher Grösse (10, 11) angeordnet, in einer Hälfte kleinere (10J, in der anderen Hälfte grössere Bohrungen (11). Das Heizöl und das Zerstäubermedium, das in den Zufahrroh- ren (1, 4) z.B. 10 bar hat, entspannt sich über die Öffnungen (2, 5) auf 5 bar in die erste Mischkammer (3), weiter entspannt sich das Heizöl/Zerstaubermediums- gemisch über die Düsenöffnungen (7) der Düse (6) auf Drücke in der zweiten Mischkammer von beispielsweise 2,5 bar und durch die Öffnungen (10, 11) in der Verteilerkappe auf Dracke von beispielsweise 1,25 bar, also einem Oberdruck von etwa 0,25 bar. Verteilerkappe und Düse sind mittels einer Hutmutter (12) am Mantelrohr befestigt. Die anhand der Fig. 1 - 3 beschriebene Brennerkombination zeigt eine asymmetrische Verteilung auf zwei Hälften, d. h. auf 1800-Sektoren bezogen auf die Achse der Verteilerkappe. Andere Sektorwinkel fallen selbstverständlich unter die Erfindung. Es ist auch nicht erforderlich, dass sich in den Sektoren jeweils gleiche Anzahlen an Bohrungen befinden. So ist es durchaus denkbar, dass (vgl. Fig. 2) in dem einen Sektor drei und in dem anderen Sektor vier Bohrungen vorhanden sind. Es kommt in erster Linie darauf an, dass die Bohrungen in der Verteilerkappe so ausgebildet und/oder verteilt sind, dass sich infolge der Asymmetrie der Austrittsquerschnittsverteilung eine deutliche brennstoffreiche Verbrennungszone ausbildet. Bei Einsatz der Düsenkombination in einer Feuerungsanlage wird die Düsenkombination in einer vertikalen Feuerraumwand horizontal angeordnet. Dabei wird bevorzugt, dass ein Maximum der Austrittsquerschnittsverteilung unten und ein Minimum der Austrittsquerschnittsverteilung oben liegt. Dies bedeutet in Zusammenhang mit der anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsform, dass in der Fig. 2 sich "unten"!links befindet, während sich "ober" rechts befindet, wenn die Zeichenebene als Feuerraumwand betrachtet wird. Fig. 2 zeigt eine Ansicht aus Richtung A auf die Figur 1. Man erkennt die regelmässig um den Umfang angeordneten kreisförmigen Bohrungen, die halbseitig einen geringeren Durchmesser aufweisen als in der anderen Hälfte. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemässe Düsenkombination entlang der Linie B-B'. Die Zufuhr von Brennstoff und Zerstäubungsmedium kann auch vertauscht werden, ohne dass die Wirkungsweise der Mischräume 3 und 8 und der Verteilerkappe 9 gefährdet werden.

Claims: Ansprüche 1. Düsenkombination aus Zerstäuberdüse und aufgesetz ter, mit gerichteten Bohrungen versehener Verteiler kappe zur Reduzierung der Stickoxid-Emission bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, d a d u r c h g e--k e n n z e i c h n e t, dass sie besteht aus a) einer ersten Mischkammer (3) für Zerstäubungsmedium und Brennstoff, in der wenigstens ein Brennstoff strahl (5) unter einem Winkel, vorzugsweise einem rechten Winkel, auf wenigstens einen Strahl (2) des Zerstäubermediums gelenkt wird, b) einer die erste Mischkammer (3) ausströmseitig begrenzenden Düse (6) mit vorzugsweise gleichen Bohrungen (7) und c) einer weiteren Mischkammer (8), die ausströmseitig durch die auf die Düse aufgesetzte unt ais Dr,eh- körper ausgebildete Verteilerkappe (9) begrenzt ist, die derart mit Bohrungen (10, 11) versehen ist, dass sich ausströmseitig der Verteilerkappe eine bezogen auf die Achse der Verteilerkappe asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnit tes für die in der weiteren Mischkammer erzeugte Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsmedium ergibt. 2. Düsenkombination nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass verschiedene Sektoren der Verteilerkappe (9) in Umfangsrichtung gesehen mit Bohrungen (10, 11) verschiedener Grösse und/oder Anzahl versehen sind. 3. Düsenkombination nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwei Sektoren vorgesehen sind, die je einer Hälfte der Verteilerkappe (9) entsprechen und mit Bohrun gen (10, 11) unterschiedlicher Grösse versehen sind. 4. Düsenkombination nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jede Hälfte je weils mit der g1-eichen Anzahl an Bohrungen (10, 11) versehen ist. 5. Feuerungsanlage mit mindestens einer in einer senk recht verlaufenden Feuerraumwand angeordneten Düsen kombination der vorstehend genannten Art, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Maximum der Austrittsquerschnittsverteilung (11) unten und ein Minimum (0) oben liegt.

Inventors: MARTIN, HELMUT, ING. GRAD., RENNERT, KLAUS-DIETER, DIPL.-ING.
Applicants: L. & C. STEINMULLER GMBH
Application year: 1985
Main classification: F23D11
IPC codes: F23D11