DK142430B - Forstøver til en brænder til partiel forbrænding af væskeformigt, kulstofholdigt brændsel. - Google Patents

Description

γ Πη y (11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 142430 DANMARK <5D im. ci.3 f 23 d 11/24 §(21) Ansøgning nr. 340O/74 (22) Indleveret den 25» jun. 1974 (24) Løbedeg 25· JUTl. 197^

(44) Ansøgningen fremfart og Q

fremlseggelseeekriftet offentliggjort den 27 · Okt. 1 98Ο

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begærst fra den

27. jun. 1973* 7308924, NL

(71) SHELL INTERNATIONALE RESEARCH' MAATSCHAPPIJ B.V., C ar el van By« "

Tandtlaan JO, Haag, NL.

(72) Opfinder: Jacobus Elso Vogel, Bylandfclaan JO, Haag, NL: Gernot Staudinger, Badhulsweg J, Amsterdam, NL.

(74) Fuidmtegtig onder sagene behandling;

Kontor for Industriel Eneret v. Svend Schørming.

(54) Forstøver til en brænder til partiel forbrænding af væskeformigt, kul= stofholdigt brændsel.

Den foreliggende opfindelse angår en forstøver til en brænder til partiel forbrænding af væskeformigt, kulstofholdigt brændsel omfattende et rørformet legeme med en forbindelse til en brændselstilførsel under tryk og en ventilspindel, der strækker sig gennem det rørformede legeme, idet den ene ende er forbundet til det rørformede legeme, og den anden er fastgjort til et ventilorgan, som med en konisk fonn svarende til det rørformede legeme danner en ringformet, slidsformet dyse, som har cirkulært tværsnit, og som i sideretningen er begrænset af to overflader med rette parallelle frembringere.

2 U2430

Forstøvere af den ovenfor angivne art kendes fra USA patentskrifterne nr 1.903.100 og 2.003.827 i form af dyser, hvor et konisk ventilorgan, der er anbragt på enden af en ventilspindel, kan forskydes i længderetningen af et rørformet legeme. Sammen med det rørformede legeme danner det koniske ventilorgan en ringformet dyse, som har cirkulært tværsnit og som i sideretningen er begrænset af to overflader med rette, parallelle frembringere. Den ringformede dyse er på de kendte forstøvere indvendigt begrænset af det koniske ventilorgan, hvis overflade på indløbssiden og/eller på udløbssiden strækker sig forbi den modstående overflade på det rørformede legeme. Der er således ikke et specifikt forhold mellem længden af de parallelle frembringere og bredden af slidsen, idet de parallelle frembringere ikke er lige lange på ydersiden og indersiden af den ringformede dyse. Med en sådan udformning er strømningsforholdene gennem dysen komplicerede og vanskelige at regulere nøjagtigt, idet sprøjtekeglen ændres på uregelmæssig måde ved forskydning af ventilspindelen. Desuden bliver trykdifferencen over forstøveren relativt høj. Fx anvendes den brænder, der kendes fra ovennævnte USA patentskrift nr 2.003.827 ved tryk på ca 2000 psi eller 140 atmosfærer. Som en følge af disse forhold tilfredsstiller de kendte forstøvere ikke tilstrækkeligt de krav, som man måtte ønske for en forstøver til partiel forbrænding af store mængder brændsel. En sådan forstøver bør nemlig være indrettet til at kunne opnå den grad af forstøvning af brændsel, som påkræves til sikring af en grundig blanding af brændsel og den oxygenholdige gas, således at der kan opnås et stort udbytte af produktgas, samtidig med at soddannelsen bliver ringe. Udformningen må også være således, at trykdifferentialet over forstøveren ikke behøver at være prohibitivt højt for at opnå den nødvendige grad af brændselsforstøvning.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en forstøver til partiel forbrænding af store mængder brændsel, hvorved en meget virkningsfuld forstøvning af brændsel opnås ved lavt trykdifferentiale over forstøveren.

Dette opnås med forstøveren ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

142430 3

Ved en sådan udformning af dysen opnås der er overordentligt stort reguleringsområde, i hvilket forstøvningen sker med i det væsentlige samme form af sprøjtekeglen, hvilket er væsentligt for opnåelse af den tilstræbte forbrænding i olieforbrændingsanlæg, idet der opnås en konstant strøm af forstøvede brændselspartikler strømmende nedad fra dysens afgangsåbning. Hvis forholdet er under 2 vil der ikke blot kun kunne opnås en dårlig forstøvning, men det brændsel, der udstrømmer fra slidsen, vil kunne få en perpendiculær hastighedskomponent i forhold til slidsens længdeakse , hvorved udstrømningsvinklen kan komme til at variere. Dette fører til ufuldstændig blanding af brændsel med den oxygenholdige gas. Dersom forholdet ligger over 30, vil trykdifferentialet over slidsen blive meget højt Og nødvendigheden for at bruge et brændselstilførselsapparatur, der arbejder under meget højt tryk, gør en sådan forstøver økonomisk uønskelig.

Fortrinsvis ligger forholdet mellem 3 og 10, idet man opnår de optimale arbejdsbetingelser indenfor dette område.

For at formindske trykdifferentialet over forstøveren ved et givet brændselsforbrug, kan forstøveren, ifølge en særlig fordelagtig udførelsesform, have afrundede kanter ved slidsens indgangsende. Derved kommer brændslet til at strømme glat gennem dysen og trykdifferencen over forstøveren bliver relativt lav ved en given brændselstilførsel. Dette forhold er vigtigt for forstøverens økonomi.

For at sikre en'særlig virkningsfuld forstøvning under opnåelse af hurtig og intens sammenblanding og effektiv partiel forbrænding af den forstøvede brændselsstråle, som udkastes fra den ringformede slidsformede dyse med den oxygenholdige gas, er, ifølge en særlig fordelagtig udførelsesform, den koniske vinkel, der dannes ved beliggenheden af punkter, der ligger i den ringformede slidses længdeakse, større end 80°. Dette betyder, at der opnås en kort og forholdsvis flad konisk sprøjtekegle, der er at foretrække for en lang og tynd konisk stråle. En hovedfordel ved den flade koniske sprøjtning er naturligvis, at længden af den reaktor, der behøves for at gennemføre den ønskede forbrændingsgrad, holdes på et minimum. En anden fordel stammer fra forstøverens gode blandingsevne, hvilket sikrer, at der ikke sker nogen lokal støkiometrisk forbrænding, der kunne føre til overhedning af apparaturet.

142430 4

Opfindelsen forklares i det følgende i forbindelse med tegningen, hvor fig. I viser en forstøver ifølge opfindelsen med et centralt anbragt hjælpehvirvelkammer og fig. 2 viser en forstøver ifølge opfindelsen med et konkavt ventilorgan.

På fig. I er vist en forstøver med et rørformet legeme 1, hvis boring er betegnet med 2, og med et forstøvningshoved 3 og en hul ventilspindel 4, hvis boring er betegnet med 5. Den ene ende af ventilspindlen er forbundet med et ventilorgan 6, således at dette sammen med enden af det rørformede legeme danner en ringformet, slidsformet dyse 7. Den anden ende af ventilspindlen er forbundet med et brændselstilførselshoved 8 ved et hjælpetilløb 9 for brændsel. Ventilspindlen går igennem forskydningshovedet via en tætsluttende pakning 10 og et tætningshoved 11. Brændselstilførsel shovedet er forbundet med et skruelegeme 12 med gevind 13, og det nævnte legeme er på sin side ved hjælp af et gevind 14 forbundet med forstøvningshovedet. Ventilspindlen fastholdes i central stilling indenfor boringen 2 ved hjælp af en styrevinge 17, der også forhindrer ventilgangen i at dreje sig. Forstøvningshovedet er forsynet med et hovedindløb 15 for brændsel og ventillegemet indeholder et centralt hvirvelkammer 16. Som vist på tegningen er kanterne ved indgangen til slidsen afrundet og forholdet mellem slidsens længde og bredde er 3:1.

t

Under drift træder der brændsel ind i boringen 2 gennem hovedbrændselstilførslen 15 og forlader det rørformede legeme gennem den ringformede, slidsformede dyse 7. Banen for det brændsel, som udsprøjtes fra dysen, er på tegningen vist med stiplede linier. Slidsebredden varieres under driften ved justering af skruen 12, der tillader ventilspindlen at bevæge sig op og ned indenfor boringen 2 i det rørformede legeme 1. Pakningen 10 og bøsningen 11 sikrer, at der ikke fragår brændsel gennem forstøvningshovedet.

Der indføres også brændsel i forstøveren under dennes anvendelse igennem en hjælpe-brændselstilførselstilslutning 9 og brændselstilførselshovedet 8, hvilket brændsel løber ned i boringen 5 gennem den hule stang 4, hvorefter brændslet forlader ventilorganet 6 gennem det ekstra hvirvelkammermundstykke 16. Den bane, der gennemløbes af det udkastede brændsel, er også her vist med stiplede 5 142430 linier. Fordelen ved at bruge dette hjælpehvirvelkammer-mundstykke er for det første, at hvis det er ønsket at lukke fuldstændigt for hovedtilførslen, vil den reaktor, i hvilken forstøveren er anbragt, kunne holdes varm af forbrændingen af brændsel, der fremkommer gennem hjælpemundstykket, og yderligere at den brændselsstråle, der dannes af hjælpemundstykket, i høj grad formindsker den varmemængde, der fra hovedflammen stråler tilbage på ventilorganet, hvorfor man ved denne foranstaltning undgår at dette bliver så varmt.

Fig. II viser en forstøver med et rørformet legeme 21, hvis hulhed er betegnet med nummeret 22, et forstøvningshoved 23 og en massiv ventilspindel 24. Den ene ende af ventilspindlen er forbundet med et konkavt ventilorgan 25 på en sådan måde, at det sidstnævnte i forbindelse med enden af det rørformede legeme danner en ringformet, slidsformet dyse 26. Den anden ende af ventilspindlen er efter at have passeret gennem en tætpassende pakning 27 og en pakdåse 28 forbundet med et skruelegeme 29 ved hjælp af et gevind 30. Skruelegemet 29 er på sin side forbundet med forstøvningshovedet med et gevind 31. Ventilspindlen holdes i central stilling indenfor boringen 22 ved hjælp af en styrevinge 32, som også forhindrer ventilspindlen i at rotere. 33 betegner brændselstilløbet. Som nævnt er kanterne ved indgangen til slidsen afrundet og forholdet mellem den parallelle længde af slidsen og dens bredde er 5:1.

Ved brugen indføres brændsel i boringen 22 gennem et brændselstilløb 33, og det udkastes fra dysen 26 i en bane, som på tegningen er vist med stiplede linier. Ventilorganet 25 bliver ikke for varmt på grund af den konkave endeflade, der har stort overfladeareal og er effektivt kølet af brændslet inden i boringen.

Forstøveren ifølge opfindelsen kan anvendes som brænder til partiel forbrænding af flydende brændsler, såsom lette eller tunge fraktioner af petroleum, skiferolie eller tjæresandolie eller blandinger af pulveriserede faste kulstofbrændsler, såsom kul, koks, sod og lignit sammen med væsker såsom vand, alkohol eller olie.

Bredden af ringslidsen i forstøveren ligger fortrinsvis mellem 0,1 og 1 mm. Endnu fordelagtigere kan den ligge mellem 0,2 og 0,8 mm. Længden af de parallelle frembringere af slidsen kan variere meget stærkt, men ligger dog fortrinsvis mellem 1 mm og 10 ram. Med disse dimensioner opnår en særligt god .. X .... : 142430 6 forstøvning. Det må nævnes her, at parallelle frembringere i slidsen ikke behøver at være nøjagtigt parallelle, men det er nok at de i hovedsagen er parallelle, f.eks. hvis der bruges slidser af kileform eller konisk ringformede slidser.

Den ringformede, slidsformede dyse kan have en hvilken som helst passende horisontal tværsnitsform. Det kan således være ovalt eller rektangulært, naturligvis i afhængighed af dysens eller det rørformede legemes form og af ventilorganet. Fortrinsvis har ventilorganet dog konisk form og danner sammen med det rørformede legeme en cirkulær ringformet slidsformet dyse. Fra et konstruktionssynspunkt er dette den fordelagtigste udformning.

Trykfaldet over forstøvningsspalten er ringe selv ved stor brændselsgennemgang. Trykfaldet over forstøverdysen behøver kun sjældent at overstige 100 atmosfærer, selv når forstøveren behandler en meget stor brændselsmængde pr tidsenhed. Fortrinsvis ligger tryktabet over dysen mellem 20 og 80 atmosfærer.

Til sammenligning angives ifølge USA-patentskrift nr 2.003.827 et arbejdstryk på ca 140 atmosfærer.

For at optimere forstøvningen af brændslet ved anvendelse af en forstøver ifølge den foreliggende opfindelse skal hastigheden i meter per sekund af det gennem ringspalten passerende brændsel fortrinsvis ligge mellem 150 og 200 gange bredden af den ringformede slids i millimeter. Drift udenfor disse grænser er ganske vist mulig, men resultatet er enten, at brændslet forstøves til større partikler og effektiviteten af den partielle forbrænding får tilbøjelighed til at blive mindre, eller at trykdifferentialet over dysen bliver unødvendigt højt. Ved at arbejde med forstøveren indenfor de ovenfor angivne grænser, forstøves brændslet til kugler med en diameter på mellem 50 og 400 mikroner, hvilket muliggør en meget effektiv partiel forbrænding af brændslet.

En ringformet slidseforstøver med en skruemekanisme kan hensigtsmæssigt bruges, når der kræves et højt nedskruningsforhold. Brændselsstrømmen gennem den ringformede dyse reguleres ved slidsens bredde og trykdifferencen over dysen. Brugen af en sådan forstøver muliggør reguleringsforhold, der overstiger 5 og selv endnu højere nedreguleringsforhold, f.eks. på 10 eller mere er mulige.

Hvis det er ønsket at arbejde med et konstant trykdifferentiale 142430 7 uafhængigt af mængden, er det naturligvis muligt at regulere skruemekanismen ved hjælp af en servomekanisme, som regulerer slidsebredden, således at der fastholdes en ønsket trykdifferens.

Som allerede tidligere omtalt er forstøveren ifølge den foreliggende opfindelse velegnet til partiel forbrænding af store mængder brændstof. I denne forbindelse kan anføres, at forstøveren fortrinsvis har en kapacitet på mellem 10 og 100 tons kulbrintebrændstof per time,