DK155465B - Kedel og fremgangsmaade til at styre forbraendingen i en saadan kedel - Google Patents

Description

DK 155465 B

i

Opfindelsen angår en kedel af den i krav l's indledning angivne art.

En sådan kedel kendes fra GB-A-1 328 543, i hvilken blandingskammeret er udformet med et lodret anbragt 5 brænderrør, på hvis underside en gasinjektor er monte ret. Gasinjektoren tillader tilførsel af primærluft, medens sekundærluft også tilføres til forbrændingskammeret. Brænderen i denne kendte kedel har den ulempe, at det ikke er muligt at opnå en god blanding af brænd-10 stof med luften samt en ensartet hastighedsfordeling af blandingen langs hele brænderpladen. Desuden kræver den kendte brænder en masse plads i forbrændingskammeret for at opnå tilførsel af sekundærluft.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en kedel af 15 den ovennævnte art, i hvilken ulemperne ved den kendte kedel er undgået, og i hvilken der sikres en meget god blanding af brændstoffet med forbrændingsluften samt en ensartet hastighedsfordeling af blandingen langs hele overfladen af brænderpladen.

20 Nævnte formål opnås ifølge opfindelsen ved, at den indledningsvis angivne kedel er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

Brændstoffet og al forbrændingsluften tilføres i blandingskammeret gennem tilførselsanordningen, således at 25 brænderen kan opnå en meget kompakt konstruktion. På denne måde vil både brændstoffet og forbrændingsluften strømme ind i blandingskammeret gennem deres egne sæt åbninger i begrænsningspladen, således at der dannes et antal stråler, og den samlede kinetiske energi af disse 30 stråler kan anvendes til blandingsoperationen. En meget intensiv blanding og en ensartet hastighed kan opnås gennem portene i brænderpladen ved hjælp af blandings-

DK 155465 B

2 kammerets venturi-formede udformning.

Et venturi-formet blandingskammer er i og for sig kendt fra DE-C-160 871, i hvilket luften og brændstoffet tilføres til separate kamre, som hver står i forbindelse 5 med blandingskammerets konvergerende indløbsdel. I denne kendte brænder er blandingskammerets indløbsdel imidlertid forsynet med yderligere åbninger til tilførsel af sekundær forbrændingsluft. Den sekundære luft indføres med stråler af primærluft og i den udvidede del af blan-10 dingskammeret er tilvejebragt drejelige organer for at opnå en god blanding af brændstoffet med forbrændingsluften.

I brænderen ifølge opfindelsen bliver al forbrændingsluften tilført gennem åbningerne i begrænsningspladen, 15 således at blandingen finder sted i den konvergerende indløbsdel og blandingskammerets indsnævring.

Det skal bemærkes, at GB-A-546 890 også viser et venturi-formet blandingskammer, i hvilket den samlede mængde forbrændingsluft indføres i blandingskammerets indløbsdel 20 af den kinetiske energi af gasstrømmen. Ifølge opfindelsen bliver forbrændingsluften imidlertid tvunget ind i indløbsdelen for derved at danne separate stråler af brændstof og luft med henblik på at opnå en meget god blanding.

25 Ifølge opfindelsen omfatter blandingskammerets indløbsdel organer til at afbøje stråler af indkommende luft og/eller brændstof.

Disse afbøjningsorganer består fortrinsvis af hulrum anbragt i indløbsdelens øverste væg. Retningen af luft 30 og/eller brændstofstråler, som kommer ind i blandings-kammmeret, bliver således afbøjet via nævnte hulrum, 3 DK 15546 5 8 således at der opnås intensiv blanding i blandingskam-merets indløbsdel. I en fordelagtig udførelsesform i-følge opfindelsen danner hulrummene tilsammen et hvirv-lingsrum, som strækker sig til tilførselsanordningen.

5 I en særlig fordelagtig udførelsesform ifølge opfindel sen er brænderen forsynet med en trykforskelsstyrekon-takt, som på den ene side er forbundet til blandingskammeret og på den anden side til tilførselsanordningens lufttilførselskammer. Ved hjælp af nævnte trykforskels-10 styrekontakt kan det fastslås, hvis luft kommer ind i blandingskammeret. I det tilfælde, hvor åbningerne kunne blive blokeret, hvilket ville forårsage en farlig situation, vil trykforskelsstyrekontakten reagere og derefter automatisk lukke gastilførslen.

15 Fortrinsvis er trykforskelsstyrekontakten i blandingskammeret anbragt i hvirvlingsrummet nær væggen af tilførselsanordningen, som omfatter de kalibrerede åbning er. Således er nævnte trykforskelsstyrekontakt forbundet i blandingskammeret ved et sted, hvor det statiske tryk 20 er lavere end trykket i den omgivende atmosfære. På denne måde opnås det, at trykforskellen også ved adskillelse af trykforskelsstyrekontakten ved blandingskammeret vil vokse, og således forårsage, at gastilførslen til blandingskammeret bliver afbrudt.

25 Ifølge opfindelsen er brænderens blandingskammer forsynet med et separat rum, som strækker sig fra tilførselsanordningen til brænderpladen, hvilken tilførselsanordning omfatter et separat kammer, som kun står i forbindelse med nævnte rum, hvilket kammer yderligere er forbundet 30 til en separat brændstoftilførsel. Den del af brænderpladen, som korresponderer med rummet, kan antændes, således at en antændelsesflamme opnås, som er helt integreret i brænderen.

DK 155465 B

4

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til at styre forbrændingen i kedlen ifølge opfindelsen, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav 11's kendetegnende del angivne.

5 Det har vist sig, at temperaturen af brænderpladen ved en bestemt belastning af kedlen er et grundlag for det procentiske indhold af C02 i røggasserne. Ved hjælp af nævnte C02-procent kan det afgøres, hvorvidt forbrændingen finder sted med det rette luft/brændstofforhold. Hvis 10 C02-procenten er høj, er der fare for, at der frembringes CO, medens en for lav C02~procent nedsætter forbrændingens virkningsgrad. Som følge af styringen af luft/brænd-stofforholdet kan et konstant optimalt blandingsforhold opnås i afhængighed af brænderpladens temperatur.

15 opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 er et diagrammæssigt lodret snit gennem et forbrændingskammer i en kedel ifølge opfindelsen, fig. 2 er et tværsnit i større målestok gennem brænderen 20 og tilførselsanordningen, fig. 3 er et perspektivisk billede af tilførselsanordningen med en separat begrænsningsplade, fig. 4 er et billede af brænderens indløbsdel, og fig. 5 er et længdesnit gennem brænderen langs linien 25 V-V i fig. 4.

I fig. 1 består kedlens forbrændingskammer ifølge opfindelsen af et hus, som generelt er betegnet med henvisningstallet 1. Huset 1 har et ydre hus 2 og omfatter i afstand derfra en indre væg 3. Bunden af forbrændingskam- 5 DK 1 b b 4 6 b 3 meret består af en enkelt plade 4 forsynet med et udløb 5 til kondensat. Oversiden af forbrændingskammeret omfatter et røggasudløb 6.

En brænder 7 i forbrændingskammerets sidevæg omfatter et 5 blandingskammer 8, som på den ene side står i forbindelse med en anordning 9 til tilførsel af luft og brændstof, som på den anden side ved sin afgangsside er forsynet med en brænderplade 10. Brænderen har en aflang form og strækker sig vinkelret på tegningens plan, næsten i hele for-10 brændingskammerets bredde. Tværsnittet af blandingskammeret forbliver konstant langs hele brænderens længde.

Inden i forbrændingskammeret findes en varmeveksler, som består af et antal rør 11 forsynet med laméiler (strimler), hvilke rør er forbundet udenfor forbrændingskammeret ved 15 hjælp af rørforbindelser, vist i fig. 1 med punkterede linier. Fluidum, som skal opvarmes, strømmer gennem rørene 11. Varmeveksleren består af to sektioner, hvoraf den ene sektion er anbragt i en bue omkring brænderpladen 10, og den anden sektion er anbragt nær ved bundpladen 4. Begge 20 sektionerne er omgivet af styreplader 12, 13 og 14, som tjener til at lede røggasserne og det frembragte kondensat.

Af fig. 2 fremgår det tydeligt, at brænderens 7 blandingskammer består af en konvergerende indløbsdel 15, som .udmunder i en divergerende udløbsdel 17 gennem en indsnæv- 2ζ ring 16. Tilførselsanordningens hus 9 har to kamre 18, 19, som er indbyrdes adskilt ved hjælp af en delevæg 20. Kammeret 18 er forbundet til en ventilator 22 via en luftkanal 21, mens kammeret 19 omfatter en brændstoftilførsel 23. Imellem tilførselsanordningens hus 9 og brænderen 7 30 er monteret en begrænsningsplade 24, som omfatter to rækker åbninger 25, 26, som strækker sig tværs over hele blandingskammerets længde. Hver række åbninger 25, 26 forbinder et af kamrene 18, 19 i tilførselsanordningen 9 med bian- 6 DK 155465 8 dingskamrets 8 indløMel 15, og tillader således, at luft og brændstof kommer ind i blandingskammeret i to separate strålerækker.

Kammeret 19 i tilførselsanordningen 9 omfatter en delevæg 5 27, som danner et separat lille kammer 19', som er forsy net med sin egen gastilførsel 28 (se fig. 3).

Af fig. 5 ses det i et længdesnit gennem brænderen 7, at blandingskammeret 8 omfatter en delevæg 29, som i en monteret position af brænderen og tilførselsanordningen er 10 på linie med tilførselsanordningens 9 væg 27, hvilken væg danner et separat blandingsrum 81. Dette blandingsrum består også af en konvergerende indløbsdel 15 *, en indsnævring 16' og en divergerende udløbsdel 17’ og omfatter sin egen gastilførsel og lufttilførsel. Delen af brænderpladen 15 10 i nærheden af udløbsdelen 17* kan derfor kun antændes ved hjælp af nævnte rum 81, hvilken del således tjener som en tændflamme for brænderen. Nævnte tændflamme er således helt sammenhængende med brænderen.

På fig. 2 har en del 30 af den øverste væg af indløbsdelen 20 15 i nærheden af begrænsningspladen 7 i tilførselsanord ningen 9 en større hældningsvinkel, hvilket bevirker, at indløbsdelen 15 lokalt udvides med et hvirvlingsrum 31. Åbningerne 25 i kammeret 18, som er forbundet til lufttilførslen 21, 22, vender mod hvirvelrummet, således at 25 indkommende luftstråler kommer i berøring med den mere skrå væg 30 og afbøjes af nævnte væg, således at disse stråler deles langs indløbsdelen 15. På den anden side er åbningerne 26 i kammeret 19, som er forbundet med brændstoftilførslen, anbragt over midterlinien 7a af bræn-deren nær delevæggen 20. Det fremgår, at de indkommende brændstofstråler kommer i berøring med luftstrålerne, som afbøjes af væggen 30, således at der opnås en passende blanding.

Brænderen ifølge opfindelsen omfatter desuden et trykforskels styrekontakt (ikke vist), som på den ene side måler

DK 155465 B

7 trykket i blandingskammeret og på den anden side trykket i kammeret 18, som er forbundet til lufttilførslen. Strømmen af blanding gennem brænderen kan registreres ved hjælp af nævnte trykforskelsstyrekontakt. Nævnte trykforskels-5 styrekontakt fastlægger enhver risiko for farer, som f.eks. kunne opstå ved en spæring af åbningerne, og afbryder automatisk gastilførslen. Trykforskelsstyrekontakten er passende forbundet i hvirvlingsrummet ved positionen for punktet A og i kammeret 18 ved positionen for punktet B (fig.

10 2)· Ved punktet A er trykket lavere end i den omgivende atmosfære som følge af luftstrålerne, som kommer ind i hvirvlingsrummet. Dette frembyder den fordel, at trykforskels styrekontakten også vil reagere, når den ville blive afbrudt fra hvirvlingsrummet, således at gastilførslen 15 også afbrydes i dette tilfælde.

For at opnå en ensartet forbrænding langs hele brænderpladen 10 er det vigtigt, at brændstofstrålerne kommer ind i indløbsdelen 15 i en retning vinkelret på begrænsningspladen 24. Imidlertid strømmer brændstoffet fra tilførslen 23 til siden gennem kammeret 19, således at brændstofstrålerne, som kommer ind fra portene 26, har en hastigheds-komposant til siden (i fig. 2 vinkelret på tegningens plan). Resultatet af sidstnævnte er, at brændstoffet ikke er jævnt fordelt lang hele blandingskammerets længde. For at undgå ovennævnte vanskelighed foreslås det ifølge opfindelsen at forsyne kammeret 19 med styrende delevægge (ikke vist på tegningen), som er anbragt vinkelret på begrænsningspladen 24 imellem hver af åbningerne 26.

Eftersom en intensiv blanding finder sted i brænderens blan-30 dingskammer, kan brænderen være relativt lille, hvilket bidrager til en kompakt konstruktion af hele kedlen ifølge opfindelsen. Den ringe udgangshastighed af blandingen og blandingen af brændstoffet med den samlede mængde luft medfører en lille flammehøjde på omtrent 15 mm under for-35 brændingen. Varmevekslerens rør 11 kan derfor være anbragt i en afstand på omtrent 20 mm fra brænderpladen 10.

DK 155465 B

8

Den første sektion af varmeveksleren, som er anbragt i en bue omkring brænderpladen 10, er omgivet af styreplader 12 og 13 ved åbninger, gennem hvilke røggasserne ifølge pilene 32 strømmer imod varmevekslerens anden sektion, som 5 er beliggende nær bundpladen 4 (fig. 1). Kfeevnte røggasser afkøles i den anden sektion til under deres kondensationstemperatur. Den nederste side af den anden sektion er forsynet med en styreplade 14 med åbninger 33 (fig. 1). Det dannede kondensat vil falde gennem nævnte åbninger 33 på 10 bundpladen 4 og afgives gennem udløbet 5. Efterfølgende afkølede røggasser strømmer opad gennem kanalen dannet af den indre væg 3 og styreplade 12 og vil derpå blive afgivet fra forbrændingskammeret gennem udløbet 6 (pilen 34).

En elektronisk tændanordning 35 er anbragt nær brænderpla-15 dens 10 flammetændingsdel, mens en føler 36 er anbragt nær den øvrige del af brænderpladen 10 for at afgøre, om forbrændingen finder sted. Forbrændingskammerets sidevæg er forsynet med en glasplade 37 til visuel iagttagelse af brænderen. Hele brænderen med fødeanordning er anbragt på 20 en sådan måde, at den let kan aftages til rensningsformål.

Det har i praksis vist sig, at mængden af CO2 i røggasserne, ved en bestemt belastning af kedlen, afhænger af brænderpladens temperatur. Nævnte CO2 procent er et udtryk for, om brænderen arbejder med det rette luft-brændstof-25 forhold. Hvis lufttilførslen er for lav, vokser CO2 procenten, hvorved der fremstilles CO, mens CO2 procenten aftager ved for stor lufttilførsel, således at forbrændingens virkningsgrad aftager. For at opnå en virkningsgrad af kedlen, som er så optimal så muligt, skal CO2 pro-30 centen holdes indenfor bestemte grænser. Den optimale CO^ procent ved naturgas er 11,7%, hvilken procent er en smule lavere i praksis, således at C02 procenten i almindelighed er omtrent 9 til 10%. Det har i praksis vist sig, at en afvigelse på 1% i CO2 procenten svarer til en tem- peraturforskel på omtrent 50°C ved brænderpladen 10. Som 35 følge af denne relativt høje temperaturforskel kan en meget nøjagtig styring af forbrændingen i kedlen ifølge opfindelsen opnås.

Claims (11)

1. Kedel omfattende et forbrændingskammer, i hvilket der er anbragt en brænder (7) og en varmeveksler (11) for et fluidum, som skal opvarmes, hvilken brænder omfatter et blandingskammer (8), som er forbundet til en brænd-15 stoftilførsel og en tilførsel for forbrændingsluft, hvorhos blandingskammeret på udløbssiden er forsynet med en brænderplade (10) med jævnt fordelte porte, kendetegnet ved, at brænderens (7) blandingskammer (8) består af en konvergerende indløbsdel (15), som via en 20 indsnævring (16) går over i en divergerende udløbsdel (17), og ved, at indløbsdelen (15) er forbundet med en tilførselsanordning (9) til at tilføre hele forbrændingsluften og brændstoffet ind i blandingskammerets indløbsdel, hvilken tilførselsanordning består af et hus (9), 25 som omfatter to separate kamre (18, 19), hvoraf det ene kammer (18) er forbundet til lufttilførslen (21) og det andet kammer (19) til brændstoftilførslen (23), idet hvert kammer (18, 19) står i forbindelse med blandingskammerets indløbsdel (15) gennem en række kalibrerede 30 åbninger (25, 26) i en begrænsningsplade (24), som er monteret imellem tilførselsanordningen (9) og brænderen.

2. Kedel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at blandingsfeammerets (8) indløbsdel (15) omfatter organer DK 155465 B (30) til at afbøje stråler af indkommende luft og/eller brændstof.

3. Kedel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at afbøjningsorganet består af hulrum anbragt i indløbsde- ^ lens (15) øverste væg (30), og at nævnte hulrum danner et fælles hvirvlingsrum (31), som strækker sig til tilførselsanordningen (9).

4. Kedel ifølge krav 3, kendetegnet ved, at brænderen (7) er forsynet med en trykforskelsstyrekon- 10 takt, som på den ene side er forbundet til blandingskammeret (8) og på den anden side til kammeret (18) for tilførselsanordningen (9), som er forbundet til lufttilførslen (21).

5. Kedel ifølge krav 4, kendetegnet ved, 15 at trykforskelsstyrekontakten i blandingskammeret (8) er anbragt i blandingskammerets (8) hvirvlingsrum (31) nær ved begrænsningspladen (24).

6. Kedel ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at brænderens (7) blandingskammer 20 (8) omfatter et separat rum (8'), som strækker sig fra tilførselsanordningen (9) til brænderpladen (10), og som omfatter et separat kammer (19'), som kun står i forbindelse med rummet (8') og har sin egen brændstoftilførsel (28).

7. Kedel ifølge ethvert af de foregående krav 3 til 6, kendetegnet ved, at åbningerne (25) til tilførsel af luft vender imod hvirvlingsrummet (31), og at åbningerne (26) til tilførsel af brændstof er anbragt nær indsnævringens (16) niveau i blandingskammeret (8).

8. Kedel ifølge ethvert af de foregående krav 1 til 7, kendetegnet ved, at tilførselsanordningens (9) kammer (19), som er forbundet med brændstofindløbet DK 15546SB (23), er forsynet med styrende delevægge, som er anbragt mellem åbningerne (26) vinkelret på begrænsningspladen (24).

9. Kedel ifølge ethvert af de foregående krav 1 til 8, kendetegnet ved, at brænderen (7) er anbragt 5. en sidevæg i forbrændingskammeret, og at strømmene af luft og brændstof gennem blandingskammeret (8) er rettet i en hovedsageligt vandret bane.

10. Kedel ifølge ethvert af de foregående krav 1 til 9, kendetegnet ved, at de to sæt åbninger (25, 10 26) i begrænsningspladen (24.) for tilførselsanordningen (9) er anbragt i to parallelle rækker i brænderens (7) længderetning.

10 P_a_t_e_n_t_k_r_a_v_^

11. Fremgangsmåde til at styre forbrændingen i en kedel af den i ethvert af de foregående krav angivne art, 15 kendetegnet ved, at brænderpladens (10) temperatur måles, og at luft-brændstofforholdet i brænderen (7) styres i afhængighed af den målte værdi.