DE69423900T2

DE69423900T2 - V-jet atomisateur

Info

Publication number: DE69423900T2
Application number: DE69423900T
Authority: DE
Inventors: V. Conti; V. Giovanni; Stuart Hersh; E. Kerho
Original assignee: Electric Power Research Institute Inc
Current assignee: Electric Power Research Institute Inc
Priority date: 1993-09-15
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2014-09-10
Also published as: IL110797A; EP0719180B1; ES2146259T3; US5685706A; AU7869394A; IL110797A0; WO1995007761A1; DE69423900D1; EP0719180A1; ATE191373T1

Description

Diese Erfindung betrifft die Verteilung eines zerstäubten flüssigen Brennstoffs in einem Zerstäubungsgas und Mittel zum Versprühen desselben. Insbesondere betrifft sie eine neuartige Zerstäubungsvorrichtung, welche eine neuartige Sprühdüse umfasst, und deren Verwendung.
Es ist wohlbekannt, daß es viele Gelegenheit gibt, in welchen es erforderlich oder gewünscht ist, einen Sprühnebel aus einer Flüssigkeit in einem Gas auszubilden. Ein derartiger Fall liegt bei der Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes mit einem gasförmigen Oxidationsmittel, beispielsweise Luft, als Mittel zum Erhitzen eines Boilers vor. Bei der Verbrennung von flüssigem Brennstoff hat sich herausgestellt, daß es wichtig ist, wirksam die Qualität des zerstäubten Brennstoffs zu steuern/zu regeln, um die mögliche Umweltverschmutzung zu kontrollieren, welche die aus der Verbrennung resultierenden Abfälle erzeugen können. Das Potential zum Erzeugen von umweltschädlichen Abfällen bei einem Verbrennungsprozeß, insbesondere bei großen ölbefeuerten Dampfgeneratoren, hat sich in den vergangenen Jahren durch eine andauernde Verringerung der Qualität des verbrannten flüssigen Brennstoffs erhöht. Dies war insbesondere dort problematisch, wo Rückstandsöl (Restöl) verbrannt wurde.
Das Problem mit Rückstandsöl, welches nun den Brennern großer Dampfgeneratoranlagen zugeführt wird, liegt darin, daß seine schwereren Fraktionen dazu neigen, während der Verbrennung größere schwerere zenosphärische Kokspartikel zu bilden. Wenn die Conradson'sche Kohlenstoffzahl des Brennstoffs zunimmt und das Wasserstoff-zu- Kohlenstoff-Verhältnis des Brennstoffs abnimmt, wie dies bei der Verwendung von Rückstandsbrennstoff der Fall ist, nimmt die Tendenz des Brennstoffs zu einer weniger vollständigen Verbrennung zu, wodurch das Problem von partikulären Koksemissionen verstärkt wird.
Es ist anzunehmen, daß in dem Maß, in welchem sich die Situation in der jüngsten Vergangenheit verschlechtert hat, sie sich zumindest während der nahen Zukunft weiterhin verschlechtern wird. Somit ist es wichtig, daß Mittel bei der Verwendung von Rückstandsbrennstoff zum Feuern von Dampfboilern verwendet werden, mit welchen partikuläre Emissionen daraus auf ein tragbares Niveau reduziert werden und mit welchen die in dem Rückstandsbrennstoff enthaltene Energie genützt wird.
Ölbefeuerte Boiler sind gewöhnlicherweise mit Brennern ausgestattet, welche besonders dazu ausgelegt sind, Öl mit Luft zu verbrennen, um die zum Erzeugen des gewünschten Dampfes erforderliche Wärme zu erzeugen. Eine der Grundkomponenten des Brenners ist der Zerstäuber, d. h. das Element, welches das Öl zerstäubt, um dieses leicht und wirksam mit oxidierender Luft verbrennen zu können. Der Zerstäuber erzeugt einen Sprühnebel aus ölumfassenden Tröpfchen, welche dann mit der Luft in Kontakt gebracht werden.
Eines der durch die Verbrennung von Öl mit Luft erzeugten schädlichen Abfallprodukte ist NOX. Es ist bekannt, dass die Menge an erzeugtem NOX eine Funktion der Flammentemperatur, der lokalen Brennstoff/Luft- Stöchiometrie und der Qualität des Brennstoff/Luft-Gemisches ist. Die Art des Ölnebels beeinflußt wesentlich das lokale Brennstoff/Luft-Gemisch durch die Tröpfchendynamik (Tröpfchenträgheit) und die räumliche Nebelverteilung. Deshalb sind die Qualität des Gemisches von zerstäubten Gas und Öl zum Ausbilden des zerstäubten Sprühnebels, die Qualität des Gemisches aus der Verbrennungsluft und den Öltröpfchen und die Art der Zerstäubung sehr bedeutend für die NOX-Emissionen des Brenners.
Die Qualität der Leistung des Brenners ist oftmals direkt proportional zur Leistung des Zerstäubers. Die Zerstäuberleistung wird verbreitet auf fünf (5) Wegen gemessen. (1) Der Sauter-Mean-Diameter (Sauter-Durchschnitts- Durchmesser), oftmals abgekürzt als SMD, der Größenverteilung der zerstäubten Öltröpfchen, (2) die Gleichmäßigkeit des Ölmassenflusses um die Peripherie des konisch geformten Ölnebels; (3) der Öffnungswinkel des Sprühnebelkonus; (4) die Menge an zerstäubtem Fluid, wie beispielsweise Luft, Dampf, oder eine Mischung daraus, welche erforderlich ist, um einen Sprühnebel mit einem vorgegebenen vorbestimmten Sauter-Mean-Diameter zu erzeugen; und (5) die Variation dieser Parameter über einen bestimmten Bereich an Ölströmungsraten in einer gegebenen Brennerkonstruktion. Es wurde in der Vergangenheit bestimmt, daß eine sehr gute Zerstäuberleistung, hinsichtlich dieser Parameter die kohlenstoffhaltigen partikulären Emissionen reduziert, den kalorischen Nutzen erhöht und deshalb den Bereich an Ölen erweitert, welche in diesem Betrieb verwendet werden können.
In der Vergangenheit wurden für diesen Betrieb eine große Vielzahl an Zerstäuber-Gestaltungen verwendet. Diese fielen gewöhnlich in zwei wesentliche Kategorien: Dual-Fluid-Zerstäuber und mechanische Zerstäuber. Dual-Fluid-Zerstäuber leiten die Energie, welche sie zum Umwandeln des flüssigen Brennstoffs in Tröpfchen erfordern, durch Wechselwirkung des Brennstofföls mit einem Zerstäubungsgas, wie beispielsweise Luft, Dampf oder einer Mischung derselben ab. Mechanische Zerstäuber beruhen gewöhnlich auf einem auf den flüssigen Brennstoff einwirkenden Druck, welcher diesen derart durch eine begrenzte Öffnung drückt, daß der flüssige Brennstoff in Tröpfchen aufbricht.
Dual-Fluid-Zerstäubung kann gewöhnlich auf zwei Wege erreicht werden. Bei dem inneren Misch-Verfahren treffen die beiden Fluide beide gleichzeitig auf eine geeignete Platte auf, wie beispielsweise auf eine Rückplatte in der Mischkammer, durch welchen Aufprall sie dann die Mischkammer mit einem innigen Gemisch beider Fluide füllen. Das Gemisch wird dann über eine auf geeignete Weise in der Zerstäuber-Sprüh-Platte angeordnete Düse in die Verbrennungszone eines Ofens ausgeworfen.
Bei einem weiteren Verfahren, dem externen Mischverfahren, werden flüssiger Brennstoff und Gas jeweils unabhängig einer gemeinsamen Kammer oder getrennten Kammern, eine für jede Ausgangsöffnung, in sich kreuzenden Winkeln zugeführt, um die beiden Fluide zu einem Gemisch zusammenzufügen. Das Gemisch wird dann von einer geeigneten Düse ausgegeben, welche Düse ein integrales Teil des Kammergehäuses sein kann.
Eine mechanische Zerstäubung kann derart erfolgen, daß das gesamte Brennstofföl, welches einer Zerstäubungsdüse zuzuführen ist, in die Verbrennungszone eines Ofens ausgegeben wird, wo es auf die Verbrennung-unterstützende Luft trifft. Die Menge an dem Ofen zugeführtem Öl wird durch Steuern/Regeln der Menge an dem Zerstäuber zugeführtem Öl gesteuert/geregelt. Dies wird als Einmaldurchgangs-, oder Simplex- Zerstäubung bezeichnet. Bei dem Rückkehrströmungstyp der Zerstäubung wird der Ölstrom zum Zerstäuber auf einem konstanten Niveau gehalten, jedoch wird lediglich ein Teil des Öls in den Ofen eingeführt, wobei der Rest davon in den Brennstoff-Öl-Behälter zurückgeführt wird. In jedem dieser Fälle sind zusätzlich zu den aerodynamischen Eigenschaften des Brenners die Erzeugung von das Brennstofföl umfassenden Tröpfchen und die physikalischen Eigenschaften dieser Tröpfchen Hauptfaktoren hinsichtlich der Qualität der Brennstoff-Öl-Verbrennung in dem Ofen.
Aus der US 2,914,257 A ist ein Zerstäuber zum Zerstäuben eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs in einem Gas und das Verbrennen des zerstäubten Brennstoffs bekannt. Der Zerstäuber umfaßt eine Düse, welche eine Mehrzahl von im wesentlichen konisch angeordneten durch Trennrippen voneinander getrennten Durchgängen definiert. Diese Trennrippen erstrecken sich nahezu tangential zu dem Kreis, auf welchen die Durchgänge verteilt sind. Auch die Trennrippen nehmen einen großen Teil der Düse in deren Umfangsrichtung ein, wohingegen die Durchgänge einen kleineren Teil der Düse einnehmen.
Aus der EP 0 314 354 A 1 ist eine Sprühdüse mit mehreren Durchgängen bekannt, welche durch Trennrippen voneinander getrennt sind. Allerdings dient diese Sprühdüse zum Zerstäuben und Zersprühen von Wasser in einem Feuerüberwachungssystem. Deshalb kann das Dokument EP 0 314 354 A1 keinen Hinweis darauf geben, wie eine Düse auszugestalten ist, um die Gesamtwirksamkeit der Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs in einem Brenner zu verbessern.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen verbesserten Zerstäuber bereitzustellen, welcher derart ausgelegt ist, daß er den Gesamtleistungsgrad der Zerstäubung eines Flüssigbrennstoffs verbessert und deshalb den Gesamtleistungsgrad einer Mischung aus zerstäubtem Brennstoff und einem Gas, beispielsweise Dampf, verbessert, um den Gesamtleistungsgrad der Verbrennung des Brennstoffs in einem Ofen zu verbessern.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Verbrennen von Brennstofföl auf Grundlage einer verbesserten Zerstäubergestaltung bereitzustellen, wobei die Größe und die Massenverteilung von weniger gewünschten emittierten kohlenstoffhaltigen Partikeln begrenzt: ist, wodurch das Ausbrennen derartiger Partikel verbessert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Zerstäubergestaltung bereitzustellen, welche einen Sprühnebel aus zerstäubten Brennstoffpartikeln mit Eigenschaften erzeugt, welche deren Mischung mit Verbrennungsluft fördert, insbesondere in Brennern mit niedrigen Primärluftströmungen oder mit Rückfluss-Strömungen (Rezirkulations-Strömungen) im Bereich der Brennerachse.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, Soll-Brennstoff/Luft-Gemisch- Verhältnisse in einer Zone nahe dem Brenner eines ölbefeuerten Ofens zu erzeugen und einen Bedarf des Systems an Sauerstoff-Überschuss zu minimieren, und dadurch die durch das System erzeugte NOX-Emissionen wesentlich zu reduzieren.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine neuartige Zerstäuber- Gestaltung bereitzustellen, welche dazu ausgelegt ist, einen unterteilten Strom an zerstäubtem flüssigem Brennstoff mit in Missverhältnis stehender Stöchiometrie in verschiedenen Sprühnebelbereichen zu erzeugen.
Zur Erfüllung dieser Aufgaben sieht die Erfindung ein Verfahren und einen Zerstäuber zum Verbrennen von flüssigem Brennstoff jeweils nach Anspruch 1 und Anspruch 8 vor.
Der Zerstäuber kann umfassen:
einen Hauptkörper, welcher einen im wesentlichen zentrisch angeordneten, in Umfangsrichtung definierten offenen Raum begrenzt;
ein erstes Leitungsmittel, welches dazu ausgelegt ist, über den Hauptkörper mit dem offenen Raum zu kommunizieren, um Brennstofföl durch den Hauptkörper in den offenen Raum zu feiten; und
ein zweites Leitungsmittel, welches dazu ausgefegt ist, über den Hauptkörper mit dem offenen Raum zu kommunizieren und zerstäubtes Gas durch den Hauptkörper in den offenen Raum zu leiten.
Der Hauptkörper des Zerstäubers dieser Erfindung kann umfassen:
eine oder mehrere Seitenwandungen, welche je nach Wunsch oder Erfordernis geradlinig oder gekrümmt sind;
ein Rückplattenelement in abschließendem Kontakt mit der Seitenwandung oder den Seitenwandungen, welcher ein Ende des Hauptkörpers definiert und ein erstes Ende zum offenen Raum hin definiert;
und ein Frontelement, welches ein zweites Ende zu dem offenen Raum hin an dessen zu dem Rückplattenelement entgegengesetzten Ende definiert.
Die Seitenwandung oder die Seitenwandungen, das Rückplattenelement und das Frontelement definieren und begrenzen eine innere Mischkammer. Das Frontelement kann einen im wesentlichen konischen, bevorzugt geraden kegelstumpfförmigen, Spalt in sich aufweisen, welcher axial zu der allgemeinen Mitte der Mischkammer ausgerichtet ist. Bevorzugt ist die Mischkammer im wesentlichen zylindrisch und es besteht eine im wesentlichen exakte Ausrichtung der Achsen dieses Zylinders und des konischen Spalts.
Dieser konische Spalt liegt im vorderen Frontabschnitt der Zerstäuberanordnung in geeigneter Weise entweder in seiner Gesamtheit im Frontelement oder zum Teil im Frontelement und zum Teil in der Seitenwandung bzw. in den Seitenwandungen des Hauptkörpers oder begrenzt von dieser bzw. diesen. Bevorzugt liegt der konische Spalt an der Verbindung zwischen dem Frontelement und der Seitenwandung bzw. den Seitenwandungen des Hauptkörpers des erfindungsgemäßen Zerstäubers. Dieser Spalt dient als Ausgangsmittel und verbindet dadurch die innere Mischkammer und die Verbrennungskammer, in welche der zerstäubte Brennstoff einzuspritzen ist. Sofern erforderlich können Mittel vorgesehen sein, welche in geeigneter Weise durch die Mischkammer hindurch angeordnet sind, um das Frontelement zumindest durch das Rückplattenelement dieser Vorrichtung wirkungsmäßig zu tragen.
Die konische Sprühdüse ist unterteilt. Das bedeutet, daß der freie Durchgang von zerstäubtem Brennstoff durch den Konus der Düse durch um deren Umfang herum geeignet angeordnete Stege ein oder mehrmals unterbrochen ist. Zusätzlich zu ihrem funktionellen Nutzen zur Bestimmung der Geometrie des von der Düse versprühten zerstäubten Brennstoffs können diese Stege auch die Tragestruktur zum Verbinden der Innenoberfläche des Konus mit der Außenoberfläche desselben ausbilden, um die Düse (Kanal) auszubilden. Die konische Sprühdüse kann zwischen dem Frontelement und der Seitenwandung bzw. den Seitenwandungen des Hauptkörpers ausgebildet sein und das Frontelement kann tragend mit den Seitenwandungen an einem oder an mehreren Stellen um den Umfang des konischen Spalts herum verbunden sein. Diese Verbindungselemente oder Stege können sich lediglich zum Teil entlang der Länge der Düse erstrecken. Das bedeutet, daß diese sich von der Vorderseite der konischen Düse in Kontakt mit der Ofenverbrennungskammer zum Teil entlang der Länge des konischen Kanals zurück erstrecken können. Bei einer Alternative können diese Verbindungselemente ausgehend von dem Ende ihrer Mischkammer zum rückseitigen Ende des konischen Kanals hin angeordnet sein und sich lediglich zum Teil entlang der Länge des konischen Kanals erstrecken. Falls gewünscht, können mehrere Stege entlang der Länge des konischen Spaltes vorgesehen sein. Es ist jedoch bevorzugt, daß sich diese Stegelemente entlang der gesamten Länge des konischen Spalts von dem Punkt aus, an welchem die Mischkammer mit dem Spalt kommuniziert, zu der Stelle hin erstrecken, an welcher der Spalt mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht, in welche Verbrennungskammer der zerstäubte Brennstoff einzusprühen ist. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von derartigen Verbindungselementen oder Steganordnungen vorgesehen, welche im Abstand um die Peripherie des konischen Spalts herum angeordnet ist. Die bevorzugte Konfiguration ist symmetrisch, jedoch kann, falls gewünscht, die Stegverteilung auch asymmetrisch sein. Der hierin beschriebene neuartige Zerstäuber ist dazu ausgelegt, betriebsmäßig einer peripheren Vorrichtung zugeordnet zu sein, wie beispielsweise:
einem Mittel zum Zuführen von Zerstäubungsgas,
einem Mittel zum Zuführen von zu zerstäubendem Brennstoff, einem Mittel zum Unter-Druck-Setzen eines oder aller von: dem Zerstäubungsgas, dem zu zerstäubendem Brennstoff und dem zerstäubten Brennstoff,
ein Aufnahmemittel, das heißt die Verbrennungskammer des Ofenmittels, in welches das Gemisch aus zerstäubtem Brennstoff und zerstäubtem Gas eingesprüht wird, und, falls erforderlich,
ein Mittel zum Einführen sämtlicher oder zusätzlicher Verbrennungsträgergase, wie beispielsweise Luft, in die Verbrennungskammer.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen besser verständlich, welche diese darstellen und in welchen:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht eines gemäß einem bevorzugten Aspekt dieser Erfindung gestalteten Zerstäubers ist, welcher mit einem Mittel zur Einstellung der Ausgabekanalbreite versehen ist;
Fig. 2 eine Vorderansicht einer bevorzugten Düsengestaltung ist, welclhe zur Verwendung im Rahmen dieser Erfindung ausgelegt ist;
Fig. 3 eine Ansicht der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Düse ist, welclhe entlang Linie 3-3 geschnitten wurde. Diese Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche im wesentlichen in Richtung der Pfeile orientiert ist;
Fig. 4 eine entlang Linie 4-4 bei Betrachtung in Richtung der Pfeile geschnittene Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Düsengestaltung ist;
Fig. 5-7 typische Serien von Kurven sind, welche verschiedene Beziehungen zwischen der Gestaltung des Zerstäubers dieser Erfindung und den Eigenschaften des dadurch bereitgestellten Sprühnebels darstellen. Diese Kurven sind als Beispiele des Betriebs dieser Erfindung anzusehen. Jeder bestimmte Betrieb mit seinen eigenen eigentümlichen Betriebsparametern erzeugt seinen eigenen eigentümlichen Satz an ähnlichen Kurven. In jeder Figur ist jede bestimmte Beziehung wie dargelegt dargestellt.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Brennstoffstrom und dem Zuführdruck;
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Zerstäubungsmassenverhältnis und dem Brennstoffstrom; und
Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Zerstäubungssprühqualität und dem Brennstoffstrom.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird diese Erfindung mit Bezug auf die Zerstäubung von Heizöl als vor seiner Verbrennung zu zerstäubende Flüssigkeit mit Dampf als zerstäubendes gasartiges Fluid beschrieben. Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Zerstäuber dargestellt, umfassend: einen im wesentlichen hohlzylindrisch geformten Hauptkörper 10; ein im wesentlichen diametral über dem im allgemeinen hohlen Hauptkörper angeordnetes und ein Ende desselben einschließendes Rückplattenmittel 12; und ein im wesentlichen diametral über den im allgemeinen hohlen Hauptkörper angeordneten und das andere Ende desselben einschließendes Frontplattenmittel 14, um dadurch einen umschlossenen Hohlraum auszubilden, welcher als Mischkammer 16 zur Verwendung in dieser Erfindung dient. Es sind Durchgangsmittel 18 und 20 in geeigneter Weise vorgesehen, welche eine Quelle von (nicht gezeigtem) zu zerstäubendem Öl und (nicht gezeigtem) Zerstäubungsdampf, vorzugsweise über das Rückplattenmittel 12, mit der Kammer 16 verbindet. Diese Durchgangsmittel sind dazu ausgelegt, das Einführen der zu zerstäubenden Fllüssigkeit 22 und des Zerstäubungsgases 24 in die Mischkammer 16 zu ermöglichen. Es ist anzumerken, daß die spezielle Anordnung von Flüssigöl- und Zerstäubungsdampf-Zuführkanälen unkritisch ist. In einigen Anwendungsfällen weichen die Kanäle von den hier dargestellten ab. Das Frontplattenmittel 14 ist am anderen Ende der Mischkammer 16 in geeigneter Weise angebracht und kann durch das Rückplattenmittel 12, beispielsweise durch eine Stütze 26, gestützt werden, welche sich durch die Mischkammer 16 erstreckt.
An einer Stelle, welche geeigneterweise irgendwo in den die Mischkammer 16 umgebenden Wandungen ausgebildet ist, bevorzugt in oder zumindest sehr nahe an dem Frontplattenmittel 14 der Zerstäubervorrichtung ausgebildet ist, ist wenigstens eine geeignete Öffnung 28 vorgesehen, welche dazu ausgelegt ist, zu ermöglichen, daß das zerstäubte Gemisch aus der Mischkammer 16 ausgegeben wird. Die Öffnung 28 ist ein konischer Durchgang einer Größe und einer Form, welche derart ausgebildet ist, daß sie einen konischen Sprühnebel aus zerstäubtem vaporisiertem Material in die Brennkammer erzeugt. Bei einem bevorzugten Aspekt dieser Erfindung ist lediglich eine derartige konisch geformte Öffnung für die Mischkammer vorgesehen, jedoch ist es möglich, zwei oder mehr vorzusehen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt dieser Erfindung ist der konisch geformte Spalt-Durchgang oder die Düse 28, welche detaillierter in Fig. 3 und 4 gezeigt sind, aus einem Paar voneinander beabstandeter Wandungen 30 und 32 ausgebildet, welche den konischen Durchgang der Düse dieser Erfindung definieren. Diese Wandungen sind bevorzugt im allgemeinen konzentrisch und definieren dadurch einen konischen Durchgang, welcher eine im wesentlichen gleichmäßige Querschnittsdimension oder Dicke aufweist. Mit anderen Worten läuft gemäß einem bevorzugten Aspekt dieser Erfindung die konische Düse hinsichtlich ihrer Dicke zwischen der Mischkammer 16 und dem Bereich, in welchem der zerstäubte Brennstoff einzusprühen ist, weder auseinander noch zusammen. Die Breite (oder Dicke) des konischen Kanals ist entsprechend der Breite ausgelegt, welche für den Durchgang von zerstäubtem Brennstoff und für dessen Viskosität geeignet ist. Geeigneterweise ist die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung mit einem Mittel zum Einstellen der Dicke des konischen Kanal-Spalts ausgerüstet. Es hat sich herausgestellt, daß nicht einschränkende Kanaldicken bei ungefähr 0,794 bis 12,7 mm liegen können. Dickere oder dünnere Kanäle sind für die Verwendung im Rahmen dieser Erfindung ebenfalls geeignet. Der Winkel des konischen Düsendurchgangs beträgt geeigneterweise etwa 50 bis 100º. Allerdings können in bestimmten Situationen auch größere oder kleinere Winkel verwendet werden.
Es liegt im Rahmen dieser Erfindung, ein konisches Düsenmittel, wie vorstehend beschrieben, bereitzustellen, bei welchem voneinander beabstandete Wandungen, welche die konische Düse ausbilden, an dem Punkt, an welchem das zerstäubte Gemisch aus der Düse in die Brennkammer gesprüht wird, je nach Erfordernis, entweder konvergieren oder divergieren (auseinanderlaufen oder zusammenlaufen). Dieses Auseinanderlaufen oder Zusammenlaufen wird erreicht, indem die Wandungen der Düse als Koni mit voneinander unterschiedlichen Spitzenwinkeln, vorgesehen sind, welche jedoch vorzugsweise dieselben virtuellen Spitzen aufweisen. Die Konvergenz- oder Divergenzwinkel sind im allgemeinen unkritisch, sind aber typischerweise klein. Somit können die Konvergenz- oder Divergenzwinkel der Wandungen des konischen Kanals bis zu etwa 15º betragen, bevorzugt jedoch nicht größer als etwa 5º sein. Die konische Düse ist bevorzugt aus zwei geraden kreis-kegelstumpfförmigen Oberflächen gebildet. Allerdings müssen die kegelstumpfförmigen Oberflächen nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Sie können alternativ einen elliptischen Querschnitt oder sogar einen ungleichmäßigen Querschnitt aufweisen, wenn dies ein erwünschtes Sprühnebelmuster des zerstäubten Brennstoffs ergibt.
Wie in Fig. 2, 3 und 4 zu erkennen, sieht die Erfindung innere Steg- Träger-Abstandshalter-Mittel 34, 36, 38 innerhalb des konischen Kanaldurchgangs 28 vor. In den Ansichten gemäß Fig. 2, 3 und 4 sind drei derartige Trägermittel gezeigt. Allerdings ist diese spezielle Anzahl an Trägermitteln in der Praxis dieser Erfindung unkritisch. Es ist möglich, zwei oder vier oder sogar mehr derartige Träger-Abstandshalter-Mittel zu verwenden, wenn dies für die spezielle Gestaltung der in dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendeten Düse zur Verwirklichung erforderlich ist. Gemäß einer bevorzugten Praxis dieser Erfindung sollten diese Träger-Abstandshalter-Stegmittel bevorzugt entlang des konischen Düsen-Durchgangs symmetrisch im Abstand voneinander angeordnet sein. Somit sollten dann, wenn drei derartige Trägermittel vorgesehen sind, diese bevorzugt um etwa 120º entlang der Konusachse im Abstand zueinander angeordnet sein; wenn vier Stegmittel vorgesehen sind, sollten diese im Abstand von etwa 90º zueinander angeordnet sein. Allerdings kann die Beabstandung auch asymmetrisch sein, wenn dies zu dem gewünschten Sprühnebel des zerstäubten Brennstoffs führt.
Das Träger-Abstandhalter-Mittel, welches in dem konischen Sprühnebelkanal verwendet wird, kann sich über die Länge des Kanals über den gesamten Weg von dem Mischkammerende zu dessen Verbrennungskammerende erstrecken. Allerdings liegt es auch im Rahmen dieser Erfindung, daß die Abstandhalter-Trägermittel lediglich zum Teil entlang der Länge des konischen Kanals angeordnet sind. Um bestimmte Träger- und Abstandsfunktionen zu erzielen, können die Abstandhalter-Träger-Mittel an jeder Stelle in dem konischen Kanal angeordnet sein.
Es hat sich allerdings herausgestellt und es ist eine sehr bedeutende Entdeckung im Zusammenhang mit dieser Erfindung, daß die Abstandhalter- Trägermittel, welclhe am Ausgangspunkt in dem konischen Düsendurchgang angeordnet sind, eine wichtige Unterteilungswirkung auf die Geometrie des aus der Düse austretenden Sprühnebels haben. Die Anzahl und der Abstand dieser austrittspunktseitigen Abstandhalter haben eine bedeutende Wirkung auf die Geometrie des zerstäubten Sprühnebels und die Eigenschaften der Verbrennung dieses Sprühnebels und insbesondere auf die erzeugten NOX- Emissionen.
Es wurde anderweitig dargelegt, siehe US-Patent Nr. 4,790,480, dass ein Aufbrechen eines konischen Sprühnebels, von dem Ausgang einer Düse aus, nachdem dieser die Düse verläßt und wenn dieser in eine Brennkammer eingeführt wird, eine wesentliche Verbesserung der Verbrennungseigenschaften des zerstäubten Brennstoffs in der Brennkammer bewirkt. Wenn der konische Strom nach dem Verlassen der Düse aufgebrochen wird, wird eine deutlich verbesserte Verbrennung erreicht und die Verbrennung des Heizöls ist im wesentlichen vollständiger, wodurch die möglichen nachteilhaften Effekte des durch die Verbrennung erzeugten Abgases reduziert werden.
In diesem Patent sind Mittel beschrieben, welche außerhalb der Düse angeordnet sind und welche den zerstäubten Strom aufbrechen, nachdem dieser die Düse verläßt. Dies ist von dem Aufbau der vorliegenden Erfindung zu unterscheiden, bei welchem der durch die konischen Düsendurchgänge hindurchgehende Brennstoff-umfassende Strom innerhalb der Düse aufgebrochen wird, d. h. bevor dieser die Düse verläßt und ein Sprühnebel wird. Der Sprühnebel, welcher in der Praxis dieser Erfindung erzeugt wird, ist ein unterteilter, im wesentlichen konischer Sprühnebel mit ungleichmäßigen Sprühnebelsegmenten entlang seiner gesamten Peripherie. Diese Segmente können verschiedene Massendichten und/oder Zusammensetzungen aufweisen. Dies liegt daran, daß aufgrund der Zwischenpositionierung der Träger-Abstandhalter-Stegmittel in dem konischen Düsen-Durchgang der Sprühnebel, welcher aus der erfindungsgemäßen Düse austritt, eine ungleichmäßige Massendichte, Zusammensetzung und ein Muster als Funktion des Ortes der Träger-Abstandhalter aufweist. Somit können abwechselnd brennstoffreiche und luftreiche Segmente entlang des Umfangs des Sprühnebel-Konus erzeugt werden. Durch Einschnüren dieses Sprühnebels innerhalb des Düsenmittels können die nachteiligen Folgen eines externen Aufbrechens des Sprühnebels, wie in dem '480-Patent gezeigt, vermieden werden.
Die NOX- und Partikel-Emissionen können, wie sich gezeigt hat, durch die Praxis dieser Erfindung wesentlich reduziert werden, und zwar insbesondere durch die Verwendung der speziellen Düsengestaltung, wie sie hierin beschrieben ist. Während Versuchen mit der neuartigen Düsen-Gestaltung dieser Erfindung unter Verwendung von schwerem Heizöl als zerstäubtes Zuführmedium hat sich herausgestellt, daß ein Sauerstoff-Überschuss- Bedarf, d. h. die Menge an überschüssigem Sauerstoff, welcher erforderlich ist, um eine maximale Verbrennung des Heizöls im Rahmen der Betriebsparameter des Systems sicherzustellen, wesentlich reduziert wurde. Diese Reduzierung des Sauerstoff-Überschuss-Bedarfs und die abwechselnde brennstoffreiche und luftreiche räumliche Verteilung des unterteilten Sprühnebels führt dazu, daß NOX-Emissionen deutlich abgesenkt werden.
Es wurde auch mit der Reduzierung des Sauerstoff-Überschuss-Bedarfs ein verbesserter Boiler-Wirkungsgrad erhalten.
Die Mischkammer und die Düse können aus allen Materialien bestehen, welche geeignet sind und welche den Eigenschaften der mit diesen in Kontakt tretenden Fluide und den Temperaturen und den Drücken, unter welchen diese Fluide mit diesen in Kontakt treten, standhalten. Somit sollten dann, wenn die Fluide korrodierend sind, die Konstruktionsmaterialien dazu in der Lage sein, einer Korrosion durch diese Fluide zumindest über eine akzeptable Lebensdauer standzuhalten. Die gewöhnlichen Konstruktionsmaterialien sind Metalle und Kunststoffe, wobei in den meisten Fällen Stahl besonders geeignet ist. Es ist als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten, geeignete Beschichtungen auf den Oberflächen der Einhüllenden der Mischkammer, der Sprühdüse und der übrigen Elemente dieser Vorrichtung vorzusehen. Geeigneterweise können diese Beschichtungen die darunterliegenden Konstruktionsmaterialien gegen eine Zerstörung durch Kontakt mit den enthaltenen Fluiden oder einen Durchgang derselben widerstandsfähig machen. Für typische Ölbefeuerte-Ofen-Boiler- Anwendungen kann die Zerstäuberanordnung (der Hauptkörper, die Düsenanordnung, die Durchgänge, und die Trägerwelle falls verwendet) vorzugsweise aus Werkzeugstahl, wie beispielsweise H-13 Rc 53-56 Werkzeugstahl oder für stärker korrodierende Umgebungen und Anwendungen aus AISI 440 C Wärme-vorbehandelten Stahl hergestellt werden.
Bei einer Zerstäubergestaltung gemäß dieser Erfindung, welche insbesondere für die Verwendung zur Zerstäubung von schwerem Heizöl mit Zerstäubungsdampf ausgelegt ist, hat sich herausgestellt, daß bei einer vorgegebenen Zerstäubungs-Brennstoff-zu-Zerstäubungs-Fluid-Druck- Differenz die Qualität des durch die Praxis dieser Erfindung erzeugten Sprühnebels nicht in einem vorhersehbaren Rahmen als Funktion der Größe des konischen Düsendurchgangs variiert. Es hat sich herausgestellt, daß dann, wenn die Heizöl-zu-Zerstäuberdampf-Druckdifferenz im wesentlichen konstant bei etwa 68,95 kPa erhalten wurde und der Zwischenraum in der konischen Düse von etwa 1,98 mm zu 2,54 mm geändert wurde, sich der SMD (Sauter Mean Diameter) lediglich um etwa 4 um von etwa 66 um auf etwa 70 um änderte. Allerdings nahm unter diesen Bedingungen dann, wenn der Zwischenraum von 1,98 mm auf 2,54 mm vergrößert wurde, die Ausgangsgeschwindigkeit des Fluids um 25% ab. Es hat sich auch herausgestellt, daß die Fluiddrücke, welche zum Aufrechterhalten einer äquivalenten Brennstoffströmung erforderlich waren, proportional zur Vergrößerung des Zwischenraums abnahmen, da die durch den Zwischenraum hindurchgehenden Fluide einen geringeren Strömungswiderstand bei einem breiteren Zerstäuberausgang erfahren.
Es hat sich herausgestellt, daß die Einstellung der Austrittsspaltbreite ermöglicht, daß die NOX-Emissionen reduziert werden, indem über einen weiten Bereich der Brennstoff-zu-Zerstäubungsfluid-Druckdifferenz ein geringerer Bedarf an überschüssigem Sauerstoff vorgesehen ist. Somit scheint es, daß für Änderungen in den Fluidgeschwindigkeiten, kleine Veränderungen an dem wirksamen Sprühwinkel und die relative Durchdringung des Brennstoffsprühnebels in und um der inneren Rückfluss- Zone (IRZ) in der Brennkammer, welche Veränderungen der Spaltbreite zugeordnet sind, einen bedeutenden Einfluß auf den Bedarf an überschüssigem Sauerstoff und das Brennstoff/Luft-Mischungsverhältnis haben, welches erforderlich ist, um eine im wesentlichen vollständige Brennstoffverbrennung mit einem Minimum an NOX-Emissionen zu unterstützen. Die innere Rückfluss-Zone (IRZ) ist eine Zone, welche stromabwärts des Zerstäuberausgangs an hinreichend großen Verbrennungsluftwirbeln ausgebildet ist, in welchen die Verbrennungsprodukte dazu gebracht werden, zu dem aus der Zerstäubungsdüse austretendem Brennstoffsprühnebel zurück zu zirkulieren.
Es wurde vorstehend festgestellt, daß das Frontplattenmittel auf geeignete Weise mittels eines zentralen Körpers 26 gehalten werden kann, welcher sich von dem Rückplattenmittel zu der Frontplatte erstreckt. Es wurde auch festgestellt, daß dies keine wesentliche Konfiguration der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, sondern daß das Frontplattenmittel und das Düsenmittel auch auf andere Weise ausgebildet werden können. Bei einer ersten Auswertung eines Prototyps hat sich herausgestellt, daß es bevorzugt ist, ein zentrales Körper-Träger-Mittel zu verwenden, welches an dem Düsen-Frontplattenmittel-Ende mit einem Gewinde versehen ist. Auf diese Weise kann der Zwischenraum (Spalt) in dem konischen Düsendurchgang auf einfache Weise durch einfaches Drehen einer Oberfläche desselben relativ zu der anderen um dieses Gewinde herum eingestellt werden.
Gestaltungen des Düsenmittels gemäß dieser Erfindung können derart montiert sein, daß der Sprühnebel einen oder mehrere Teile eines Konus aufweist. Somit können ein vollständig konischer Sprühnebel, ein teilweise konischer Sprühnebel oder mehrere Sprühnebelsegmente verwendet werden, welche jeweils Teile eines Konus bilden. Als ein Beispiel einer derartigen Mehrzahl von konischen Teilbereichen hat eine unterteilte V-Düse mit zwei (2) konischen Ausgangsspalten auch Verringerungen der NOX-Emission von bis zu etwa 40% gezeigt, indem diese dazu in der Lage war, einen Sauerstoff-Überschuss-Bedarf des Systems zu minimieren, indem diese in der Lage war, die Stöchiometrie von Luft und Brennstoff um den konischen Sprühnebel herum einzustellen und indem gewünschte Brennstoff/Luft- Verhältnisse in der Zone nahe dem Brenner erzeugt wurden. Ferner weisen derartige unterteilte Düsensprühnebel eine vollständigere Verbrennung auf und besitzen deshalb erzeugte Abgase von im wesentlichen kleinerer Opazität, welche deshalb hinsichtlich der Umwelt akzeptabler sind.
Bei der Umsetzung dieser Erfindung hat sich herausgestellt, daß der Winkel, mit welchem jeweils das Zerstäubungsgas und der zu zerstäubende Brennstoff in die Mischkammer eintreten, gemäß der Vorrichtung dieser Erfindung ein wichtiger Faktor bei der Gestaltung dieser Vorrichtung aus der Perspektive des Betriebsleistungsgrads ist. Es hat sich herausgestellt, daß es am meisten bevorzugt ist, daß jedes von Zerstäubungsgas und zerstäubtem Brennstoff auf das Rückplattenmittel der Mischkammer auftreffen und dort etwa in einem rechten Winkel auftreffen. Es versteht sich, dass dies keine absolute Beschränkung ist. Der Winkel kann in bestimmtem Maße von 90º abweichen, beispielsweise im Bereich von etwa 75º bis etwa 105º liegen, ohne die vorteilhaften Ergebnisse wesentlich zu gefährden, welche durch die Praxis dieser Erfindung erreicht werden. Dies sorgt für eine dynamische Vermischung des Zerstäubungsgases und des zu zerstäubenden Brennstoffs, verbessert die Zerstäubung und verringert den Verbrauch von Zerstäubungsgas im Betrieb.
Die Transportkanäle, welche das Zerstäubungsgas und den Brennstoff in die Mischkammer leiten, können bezüglich der Kammer in radialer oder tangentialer Weise angeordnet sein. Wenn eine tangentiale Einführung verwendet wird, können die beiden Fluide in Gleich- oder Gegenströmungsdrehrichtung bezüglich des durch den Brenner-Flammen- Stabilisierer und die Ausrichter erzielten externen Luftstroms eingeführt werden. Durch Einführen eines Winkelmoments auf die in die Mischkammer eingeführten Fluide ist es möglich, einige der Verbrennungseigenschaften des zerstäubten Brennstoffs zu beeinflussen. Beispielsweise verringert ein gemeinsames Rotieren den Fluidvolumenfluß in dem Abschnitt nahe der Brennerzone und reduziert dadurch brennstoffreiche Bereiche darin. Eine derartige Gestaltung verbessert die Sprühnebelqualität-Gleichmäßigkeit und hat ferner einen positiven Effekt auf die Fluidgeschwindigkeiten und die Füllung des zerstäubten Gemisches in die brennernahe Zone.
Bei der Gestaltung der Mischkammer und der konischen Düsenanordnung dieser Erfindung und beim Festlegen der Betriebsbedingungen für ein Verfahren, welches diese Vorrichtung verwendet, ist es möglich, die Änderungen der Größe und der Form einzuführen, welche die Verweilzeit in der Mischkammer beeinflussen. Somit ist es möglich, diese Verweilzeit zu optimieren. Es ist bevorzugt, daß die Mischkammer direkt stromaufwärts der konischen Düse liegt und daß die Brennkammer unmittelbar stromabwärts der konischen Düse liegt. Durch Anordnen dieser Elemente in sehr enger Nähe zueinander ist es möglich, die Zeitverzögerung zwischen der Zerstäubung in der Mischkammer und der Verbrennung in der Brennkammer zu minimieren. Je näher diese Elemente zueinanderliegen, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, daß der zerstäubte Zustand des Brennstoffs vor seiner Verbrennung zusammenbricht.
Der V-Düsen-Zerstäuber gemäß dieser Erfindung sieht im wesentlichen eine konstante Sprühnebelqualität in der Verbrennungszone vor. Die Tröpfchengröße und die Zerstäubungs-Massen-Verhältnisse (Dampf zu Öl) sind im wesentlichen über einen breiten Bereich von Fluid-Eingangs-Drücken für eine gegebene Zerstäubungsgas-zu-Fluid-Druckdifferenz im Bereich von etwa 68,95 bis 206,85 kPa konstant. Bei einem V-Düsen-Betrieb gemäß dieser Erfindung bei einer Druckdifferenz von etwa 68,95 kPa kann ein typisches Betriebssystem auf Massenverhältnissen von lediglich etwa 10% arbeiten. Da der Betrieb gemäß dieser Erfindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiterhin eine außerordentlich gute Zerstäubung selbst bei sehr kleinen Eingangsdrücken und Strömungen vorsieht, ermöglicht dieser Zustand, daß die Bedienungsperson dazu in der Lage ist, den Ofen/Boiler herunterzudrehen, d. h. die Boilerlast abzusenken, ohne ein Ausschalten der Brenner und damit ein Vom-Betrieb-Nehmen der Brenner zu bewirken.
Das folgende Beispiel stellt die Praxis dieser Erfindung dar. Es ist nicht derart zu betrachten, daß es in irgendeiner Weise den Rahmen dieser Erfindung oder die beiliegenden Ansprüche einschränkt. In diesem Beispiel sind die Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, ohne anderweitig spezifiziert zu sein.

Beispiel

Es wurde eine V-Düsen-Zerstäuber-Gestaltung mit innerer Vermischung unter Verwendung von den Brennern eines 68,04 t/h Einsatz-Package-Boilers zuzuführenden schweren Öls getestet. Der Boiler feuerte Nr. 6 Heizöl mit geringem Schwefelanteil (< 0,3%) und verwendete Dampf als Zerstäubungsgas. Der getestete Prototyp-Zerstäuber wies das Merkmal eines einstellbaren Zwischenraums (Spalt) auf und besaß einen effektiven Sprühnebelwinkel von zwischen 70 und 75º. Es wird hinsichtlich der Gestaltungsdetails auf die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen verwiesen.
Der konische Sprühnebel-Düsen-Zerstäuber wurde bei drei Austrittsspalt- Einstellungen getestet, nämlich bei 1,98 mm, 2,26 mm und 2,54 mm. Wenn die Spalteinstellung von 1,98 mm auf 2,54 mm vergrößert wurde, nahmen die Fluid-Austrittsgeschwindigkeiten deutlich ab, etwa um 25%. Die Fluiddrücke, welche erforderlich waren, um einen bestimmten Brennstoffstrom aufrechtzuerhalten, wurden ebenfalls reduziert, wenn die Austrittsspalt-Breite vergrößert wurde. Bei jeder der Spalteinstellungen wurde ein Bereich von Betriebsparametern ausgewertet, umfassend: (1) die Heizöl-zu-Zerstäubungsdampf-Druckdifferenz, (2) der Brennstofffluß, (3) der Wert des Sauerstoff-Überschuss-Bedarfs, (4) der Brenner-Ausricht-Wirbel, (5) verschiedene Flammenstabilisierer-Gestaltungen, und (6) die Ölpistolen- und Stabilisierer-Axialposition.
Für jede der Flammen-Stabilisierer-Gestaltungen (gekrümmte Schaufelverwirbler) und V-Düsen-Ausgangs-Spalteinstellungen (und Kombinationen von diesen), welche überprüft wurden, wurde festgestellt, daß die NOX-Emissionen bedeutend verringert wurden, wenn die Heizöl-zu- Dampf-Druckdifferenz (ΔP) von 0 auf 137,9 kPa angehoben wurde. In den meisten Fällen wurde dann, wenn ΔP angehoben wurde, die Sprühnebelqualität dadurch verbessert (reduzierte Tröpfchengrößen) und es war weniger überschüssiger O&sub2; erforderlich, um niedrige Opazitätswerte zu erhalten. Diese Verringerung des erforderlichen Werts an überschüssigem O&sub2; führte zu einer bedeutenden Verringerung der NOX-Emissionen. Diese Wirkung war besonders unter moderaten Ausrichter- (Register-) Wirbel- Bedingungen ersichtlich.
Für eine gegebene Heizöl-zu-Zerstäuberdampf-Druckdifferenz schwankte die Sprühnebelqualität (wie berechnet) nicht bedeutend als Funktion der Spalteinstellungen. Allerdings sah die mittlere Spalteinstellung von 2,26 mm niedrigere NOX-Emissionen und einen niedrigeren Bedarf an überschüssigem O&sub2; für Heizöl-zu-Zerstäuberdampf-Druckdifferenzen von 0 bis 68,95 kPa vor. Somit hatten Veränderungen der Fluid-Austrittsgeschwindigkeiten (und vielleicht kleine Veränderungen des effektiven Sprühnebelwinkels), und Veränderungen bei der relativen Durchdringung von Brennstoffsprühnebel in und um die IRZ herum, in Verbindung mit der Veränderung der Spaltgröße, bedeutenden Einfluß auf den Wert an erforderlichem überschüssigem O&sub2;, auf lokale Brennstoff/Luft-Verhältnisse, auf die Brennstoff/Luft-Mischungsraten und auf die sich ergebenden NOX-Emissionen.
Es wurde auch eine unterteilte V-Düsen-Gestaltung während des vorstehenden Testprogramms ausgewertet. Es hat sich gezeigt, dass diese Gestaltung, welche den Brennstoffnebel in zwei Abschnitte eines vollständigen Konus (stark brennstoffreiche Bereiche) unterteilte, NOX- Emissionen erzeugte, welche von allen während des Demonstrationsfeldes getesteten Zerstäubern die geringsten waren, d. h. niedriger als bei allen Standard-,Niedrig-NOX- und anderen neuartigen Zerstäubergestaltungen. Es wurde eine NOX-Reduktion von näherungsweise 43% (im Vergleich zu herkömmlichen Boiler-Vorrichtungen) dokumentiert, wobei keine Zunahme an partikulären Emissionen beobachtet wurde.
Es wurde ein zusätzlicher unterteilter V-Jet mit zwei (2) Ausgangsspalten an Flächen- befeüerten Boilern mit acht (8) Peabody APR 21-Brennern getestet. Die Verwendung dieser Zerstäubergestalt führte wiederum zu NOX- Emissions-Reduktionen von etwa 40% im Vergleich zu den Grundbedingungen, trotz der beträchtlichen Unterschiede in der Brennerkonfiguration im Vergleich zu dem vorangehenden Beispiel.

Claims

1. Verfahren zum Verbrennen von flüssigem Brennstoff (22), umfassend die Schritte:

- Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes (22) zusammen mit einem Zerstäubungsgas (24) in einer Mischkammer (16), um ein Gemisch von zerstäubten Tröpfchen aus flüssigem Brennstoff in dem Zerstäubungsgas (24) zu bilden,

- Drücken des Gemisches der Tröpfchen aus zerstäubtem flüssigem Brennstoff in dem Zerstäubungsgas (24) durch ein Düsenmittel (28), wodurch das Gemisch zu einem im wesentlichen kegelförmigen Sprühnebel ausgebildet wird, welcher aus dem Düsenmittel (28) zu einer Brennkammer austritt, wobei das Düsenmittel (28) eine Richtung einer Längserstreckung von einem Ende des Düsenmittels (28) nahe der Mischkammer (16) zu einem Ende des Düsenmittels (28) nahe der Brennkammer definiert, und

- In-Kontakt-Bringen des Sprühnebels zumindest mit einer ausreichenden Menge an oxidierendem Gas, um wenigstens einen wesentlichen Teil des flüssigen Brennstoffs unter Bedingungen zu verbrennen, welche zu einer Verbrennung des flüssigen Brennstoffs mit Sauerstoff in dem oxidierenden Gas führen,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Schritt des Drückens des Gemisches durch das Düsenmittel (28) umfaßt: Drücken des Gemisches durch eine Mehrzahl von im wesentlichen kegelförmig angeordneten Durchgängen (28), welche durch Unterteilungsmittel (34, 36, 38) voneinander getrennt sind, die sich im wesentlichen in der Richtung der Längserstreckung des Düsenmittels (28) erstrecken und die sich zumindest teilweise entlang der Länge des Düsenmittels (28) von dessen der Mischkammer (16) nahen Ende zu dessen der Verbrennungskammer nahen Ende erstrecken, wobei die Unterteilungsmittel (34, 36, 38) einen kleineren Teil des Düsenmittels (28) in einer Umfangsrichtung desselben einnehmen, derart, daß der aus dem Düsenmittel (28) austretende Sprühnebel ein unterteilter Sprühnebel mit abwechselnden brennstoffreichen und brennstoffarmen Abschnitten ist und eine ungleichmäßige Massendichte und/oder Zusammensetzung entlang seines Umfangs aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Brennstoff Heizöl ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oxidierende Gas Luft ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der flüssige Brennstoff schweres Heizöl ist und die Ungleichmäßigkeit des kegelförmigen Sprühnebels zusammen mit dem Verhältnis von Luft zu Heizöl ausreichend ist, um die Erzeugung von NOX zu minimieren.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der flüssige Brennstoff und das Zerstäubungsgas auf eine Innenwandung der Mischkammer unter Bedingungen auftreffen, welche hinreichend sind, um eine Vermischung des Brennstoffes und des Zerstäubungsgases zu bewirken und um eine Zerstäubung des Brennstoffes in dem Zerstäubungsgas zu bewirken.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Zerstäubungsgas Luft und/oder Dampf umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Zerstäubungsgas Dampf umfaßt und das Sauerstoff enthaltende Gas in die Brennkammer in einer Menge stöchiometrischen Überschusses bezüglich des flüssigen Brennstoffs in enger Zuordnung zu dem kegelförmigen Sprühnebel eingeführt wird, und wobei die Gestalt der Durchgänge, das Druckdifferential zwischen der Mischkammer und der Brennkammer und der stöchiometrische Überschuss des Sauerstoffs relativ zu dem flüssigen Brennstoff alle in Kombination derart gewählt werden, daß die Menge an als Abgas von der Brennkammer abgegebenem NOx minimiert wird.

8. Zerstäuber zum Verbrennen von flüssigem Brennstoff, umfassend:

- eine umschlossene Mischkammer (16),

- ein Mittel zum Einführen des zu zerstäubenden Brennstoffs (22) und eines Zerstäubungsgases (24) in die Mischkammer (16),

- ein Mittel zum Zerstäuben des Brennstoffs (22) mit dem Zerstäubungsgas (24) in der Mischkammer (16), um ein Gemisch aus zerstäubtem Brennstoff (22) in dem Zerstäubungsgas (24) zu bilden,

- ein Mittel zum Unter-Druck-Setzen des Gemisches in der Mischkammer (16),

- ein Düsenmittel (28), welches dazu ausgelegt ist, ein Herausdrücken des unter Druck gesetzten Gemisches aus der Mischkammer (16) heraus in Form eines aus dem Düsenmittel (28) zu einer Brennkammer austretenden im wesentlichen kegelförmigen Sprühnebels zu ermöglichen, wobei das Düsenmittel (28) eine Richtung einer Längserstreckung von einem der Mischkammer (16) nahen Ende des Düsenmittels (28) zu einem der Brennkammer nahen Ende des Düsenmittels (28) definiert,

insbesondere zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß das Düsenmittel (28) eine Mehrzahl von im wesentlichen kegelförmig angeordneten Durchgängen (28) umfaßt, welche voneinander durch Unterteilungsmittel (34, 36, 38) getrennt sind, die sich im wesentlichen in Richtung der Längserstreckung des Düsenmittels (28) erstrecken und sich wenigstens zum Teil entlang der Länge des Düsenmittels (28) von seinem der Mischkammer (16) nahen Ende zu seinem der Brennkammer nahen Ende erstrecken, wobei die Unterteilungsmittel (34, 36, 38) einen kleineren Teil des Düsenmittels (28) in einer Umfangsrichtung desselben einnehmen, derart, daß der von dem Düsenmittel (28) austretende Sprühnebel ein unterteilter Sprühnebel mit abwechselnden an zerstäubtem Kraftstoff reichen und an zerstäubtem Kraftstoff armen Abschnitten ist und eine ungleichmäßige Massendichte und/oder Zusammensetzung entlang seines Umfangs aufweist.

9. Zerstäuber nach Anspruch 8, wobei das Düsenmittel eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Innenwandung (32) und eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Außenwandung (30) umfaßt, wobei die Durchgänge zwischen der Innenwandung und der Außenwandung definiert sind, und wobei die Unterteilungsmittel wenigstens ein Stegelement (34, 36, 38) umfassen, welches zwischen der Innenwandung und der Außenwandung angeordnet ist.

10. Zerstäuber nach Anspruch 9, wobei die Unterteilungsmittel wenigstens zwei in Umfangsrichtung voneinander im Abstand angeordnete Stegelemente aufweisen.

11. Zerstäuber nach Anspruch 10, wobei die Unterteilungsmittel zwei, drei oder vier Stegelemente aufweisen.

12. Zerstäuber nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Stegelemente in Umfangsrichtung symmetrisch angeordnet sind.

13. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 9 oder 12, wobei wenigstens ein Stegelement zumindest an dem der Mischkammer fernen Ende des Düsenmittells angeordnet ist.

14. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das wenigstens eine Stegelement sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Düsenmittels von dessen der Mischkammer nahen Ende zu dessen der Brennkammer nahen Ende erstreckt.

15. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Durchgänge einen Scheitelwinkel von ungefähr 50º bis 100º bilden.

16. Zerstäuber nach Anspruch 15, wobei der Scheitelwinkel ungefähr 90º beträgt.

17. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Innenwandung und die Außenwandung im wesentlichen parallel zueinander sind.

18. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Innenwandung und die Außenwandung um bis zu 15º auseinander laufen.

19. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei die Innenwandung und die Außenwandung im Abstand von etwa 0,794 mm (1/32 Zoll) bis etwa 12, 7 mm (1/2 Zoll) angeordnet sind.

20. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 9 bis 19, wobei die Außenwandung eine größere wirksame Oberflächenausdehnung als die Innenwandung aufweist.

21. Zerstäuber nach einem der Ansprüche 8 bis 20, wobei das Düsenmittel derart ausgebildet und angeordnet ist, daß der kegelförmige Sprühnebel nach dem Verlassen des Düsenmittels im wesentlichen nicht aufbricht.