HU200387B - Burner for gaseous and/or liquid fuels - Google Patents

Abstract

A találmány olyan égőt ismertet, amely gázzal, vagy porlasztóit és/vagy elgőzölgetett folyékony tüzelőanyaggal működtetve m > 1,2 légfelesleg mellett stabilan üzemeltethető, és több égő egy egységként történő kialakítása útján égőblokként is felhasználható akár hőtermelő egységként, akár kis koncentrációjú (0,0 ppmtől az alsó robbanási határig) éghető gázzal és/vagy oldószergőzökkel szennyezett levegő tisztítására. Az égő egy reakciótérből, e körül elhelyezett csatornából (9), és e körül elrendezett hűtőköpenyből (5) áll, amelyek közül a hűtőköpeny (5) belső terébe juttatott levegő mintegy 10 %-a egy áramvonalas idom (16) belsején át, 90 %-a pedig hőcserélőn (7) és a reakcióteret (22) körülvevő csatornán (9) át jut a gyűjtőtérbe (20), ahonnan az égőcsövek (19) belső csatornáján perdítőelem (25) hatására perdülettel lép a levegő a reakciótérbe (22), az injektorral előkevert tüzelőanyag-levegő-elegy pedig a szimmetriatengelyhez mért 120-140’-os kúpszögű kúppalástban a merőlegeshez mért 10-30’-os szögben elhelyezett gázfúvókákon (26) át jut el ugyanoda. Az égők közös bevezető vezetékkel (4) és csatlakozó csonkkal (8) ellátva blokkosítva is kialakíthatók. (1. sz. ábra) A leírás terjedelme: 8 oldal, 3 ábra N C0 <0 o o CM -1-

Description

A jelen találmány tárgya égd, amely alkalmas arra, hogy benne éghető gázokat, porlasztott vagy elpárologtatott folyékony tüzelőanyagot viszonylag nagy (pl. m > 1,2...4) légfelesleggel, nagy lángstabilitással égethessünk el; az égéshez szükséges levegő helyett abba éghető gázokkal (gőzökkel) szennyezett (0,0 ppm-től az alsó robbanási határig terjedő koncentrációjú éghető gázt - pl. C_xH_y, H2, CO, — vagy oldószergőzöket tartalmazó) levegőt vezessünk, de ugyanakkor arra is, hogy több azonos vagy hasonló méretű égőt egy szerkezeti egységbe foglalva különlegesen nagyteljesítményű tüzelőberendezést alakítsunk ki, az eredeti égő jellemző tulajdonságainak megtartása mellett.

Ismeretes, hogy azokban a technológiai berendezésekben, ahol a gyártási folyamat során éghető gázok, vagy gőzök viszonylag kis koncentrációban szabadulnak fel (vegyiüzemek, felületkezelő berendezések szórófülkéi, szárító-, és/vagy beégetőszakaszai, stb.), az elvezetendő levegőt környezetvédelmi okokból nem lehet közvetlenül kibocsájtani, hanem az elszívott levegőt éghető komponensétől előbb meg kell tisztítani. Ez a tisztítás történhet vegyi eljárások alkalmazásával, mint pl. a DE-OS 32 04 774 és az EPA 0 178 204 sz. iratok szerint ajánlott eljárásoknál, de történhet úgy is, hogy a szennyezett levegőt külső hőenergiával termikusán oxidáljuk, mely eljárásra a 167.762 lajstromszámú magyar szabadalom is tartalmaz iránymutatást. Az ilyen berendezéseknél azonban nehezen megoldható műszaki feladatot jelent olyan tüzelőberendezés (égő) kialakítása, amely a változó levegőösszetétel mellett megfelelő stabilitást biztosít.

Az ilyen teljesítményű, hőtermelést célokra alkalmazott égők kialakításánál elsősorban az előkeveréses égők jönnek számításba, amelynél az égéshez kémiailag szükséges levegőmennyiséget még az égőtérbe való bevezetés előtt keverik a tüzelőanyaghoz (azaz a sztöchiometrikus keverési arányhoz közelálló elegyet vezetnek az égőbe), és a további levegőmennyiséget (gyakorlatilag a légfelesleget) az égéstérben utólag keverik ahhoz hozzá.

Az ilyen égők kialakításánál - annak érdekében, hogy a reakciótérben a láng stabilitását biztosíthassák - gyakran alkalmaznak a belépő közegeket irányító perdítőelemeket, mint pl. a HU-181.705; a DE-PS 19 17 959; az UK-PS 1 299 229 sz. iratokból megismerhető gázégőknél, vagy a RAY ÖL- und GASBRENNER GMBH által gyártott és forgalmazott „RAY-VARIOMAT” márkanevű égők esetében. Az ilyen perdítőelemek - de a HU-180.487 szerinti perforált koaxiális tárcsa is - csupán részmegoldást jelentenek. Ezek ugyanis vagy csak az égéshez szükséges közeg számára biztosítanak perdületet, vagy pedig a teljes közegmennyiséget együtt, egy tömegben látják el a kívánt perdülettel.

Gondot okoz még az ilyen célra gyártott égőknél az a körülmény is, hogy a reakciótér külső falazata a keletkezett hőnek miként, és milyen anyagból gyártva tud kellő szilárdsággal ellenállni. Ezért felmerült már az a gondolat, hogy a bevezetésre kerülő levegő előmelegítésére a reakciótér mellett (illetőleg a körül) olyan csatornát alakítsanak ki, amelyben a levegő a reakciótérben áramló közeggel ellentétes irányba haladva a reakciótér falát kívül hűti, egyben maga felmelegszik, ami a termikus reakciók számára kifejezet2 ten előnyös. Ilyen megoldás megismerhető a DE-PS 32 14 923 és a DE-PS 34 22 229 számú iratokból. Ez a megoldás azonban csak egyes egyedülálló égőknél alkalmazható, a reakciótér ilyen kiképzése megakadályozza azt, hogy több égő egybekapcsolásával - az égők áramlási viszonyainak megváltoztatásával járó méretváltozások nélkül - nagyteljesítményű tüzelőberendezést - égőblokkot - hozzunk létre.

Külön ismeretesek olyan tüzelőberendezések is, amelyeknél az eltávozó égéstermék hőjének egy részét — esetleg hulladékát - arra használják fel, hogy annak hőtartalmát egy hőcserélőben átadják a bevezetésre kerülő levegőnek, amivel egyrészt a hulladékhő hasznosítását, másrészt a kedvezőbb tüzelési viszonyokat egyaránt kívánják szolgálni, az a megoldás azonban önmagában csak kis javulást eredményez a tüzelési paraméterekben.

A jelen találmány olyan előkeveréses, rekuperatív hőhasznosítású égőt ismertet, amely egyszerre alkalmazza a rekuperatív hővisszanyerés (tehát az égési levegő- előmelegítés) mindkét módszerét, azonban olymódon, hogy a bevezetett levegőt két részre osztja, kisebbik részét szerkezeti elemek hűtésére használja fel, a nagyobbik részét (egyes kiviteli alakok esetében kétszeresen is) előmelegíti, az előkevert gáz-levegő elegyet és a szekunder levegőt két különböző perdülettel vezeti a reakciótérbe, ezáltal lehetővé teszi, hogy a tökéletes keveredés érdekében a két közegnek különböző irányú és/vagy mértékű perdületet adjon, így viszonylag nagy légfelesleg alkalmazásával is nagyfokú légstabilitást ér el. Hozzájárul ehhez az a kialakítás, amely lehetővé teszi azt is, hogy több égő összekapcsolásával nagyteljesítményű, gyakorlatilag tetszőleges számú égőből álló tüzelőberendezés (régőblokk:) legyen a találmány szerinti égőből kialakítható. Az égő üzemeltethető gázzal, porlasztott és/vagy elpárologtatott folyékony tüzelőanyaggal, amelyeket a továbbiakban az egyszerűség okából „gáz”-nak tekintünk.

A találmány tárgya tehát égő gáznemű és/vagy folyékony tüzelőanyagokhoz amelyeknek reakciótere, ezt körülvevő csatornája, e körül elhelyezett hűtőköpenye a reakcióteret elől lezáró, zárólemezzel burkolt tűzcsőpajzsa van. A találmány lényege, hogy a hűtőköpeny belső teréhez egy áramvonalas idom belsejében és egy furatsoron keresztül csatlakozó, a csatorna belső teréhez az áramvonalas idomok közeivel csatlakozó gyűjtőtere, a gyűjtőtérből a reakciótérbe vezető csatornával és ebben perdítóelemmel ellátott tűzesővel, injektorral előállított tüzelőanyaglevegő elegyet szállító vezetéke, ehhez csatlakozó, kúpfelületen ferdén elhelyezett gázfúvókái vannak.

A találmány egyik előnyös kiviteli alakja szerint a gázfúvókák a szimmetriatengelyhez mért 120-140’os kúppalástban a merőlegeshez mért 10-30’-os, célszerűen 15’-os szögben vannak elhelyezve.

Egy további előnyös kiviteli alak szerint a perdítőelemek a levegőnek 20-45‘-os perdületet adnak.

Egy további előnyös kiviteli alak szerint az égő reakciótérhez vezetékkel kapcsolt hőcserélője és hűtőköpenyének kivezető nyílásától a hőcserélőn keresztül a csatorna csatlakozó csőcsonkjához kötött vezetéke van.

Egy további előnyös kiviteli alak szerint tetszőleges számú égő közös bevezető vezetékkel és közös csatlakozó csőcsonkkal egy egységként van kialakítva.

HU 200387 Β

A találmány szerinti égő egy lehetséges kiviteli alakját az ábrák tüntetik fel, ahol az

1. sz. ábra az égő elvi rajzát tünteti fel hosszmetszetszerű vázlatában,

2. sz. ábra a közegek bevezetésének elvi megoldását ábrázolja vázlatban,

3. sz. ábra a síkba terített gázfuvóka koszorú kialakítását tünteti fel vázlatban,

4. sz. ábra példaszerűen egy 9 égőből álló égőblokk kialakítását ábrázolja elölnézeti vagy felülnézetszerű vázlatban.

Az 1. sz. ábra szerint az 1 levegőáram vezeték a 3 motor által hajtott 2 ventilátor szívócsonkjára van kapcsolva. A ventilátor nyomócsonkja a 4 vezeték útján van összekapcsolva az 5 hűtőköpeny belső terével, amelynek végén ehhez a belső térhez a 16 áramvonalas idom belseje, mint kisebb keresztmetszetű tér, és - a 6 kivezető nyíláson, a 7 hőcserélőn, a 8 csatlakozó csőcsonkon a 9 csatorna, - mint nagyobb keresztmetszetű rendszer csatlakozik. A 9 csatorna belső tere a 16 áramvonalas idomok közötti téren és a 18 furatsoron (a 10 közegáram formájában) csatlakozik a 22 reakciótér 12 tűzcsőpajzsa és a külső burkolat által bezárt 20 gyűjtőtérhez.

A 20 gyűjtőtér a 19 tűzeső vek 11 külső köpenyén át a 23 irányú közegárammal van a 22 reakciótérhez csatlakoztatva. A 11 köpenyekben az 1. sz. ábrán is feltüntetett, de a 2. sz. ábrán felnagyított 25 peidítőelemek vannak úgy elhelyezve, hogy azoktól az átáramló közeg a szimmetriatengelyhez mérten 2045‘-os perdületet nyerjen.

A 20 gyűjtőtér és a 22 reakciótér közötti elemeket a 12 tűzcsőpajzsa rögzíti.

A berendezéshez csatlakozik a 21 vezeték, amely a 30 gázbezető csö(vek)re kapcsolt 31 injektor(ok) útján a 21 vezetéken érkező gázból, és a 17 légbevezetö nyíláson beáramlott levegőből gáz-levegő elegyet állít elő, és juttat a 28 csatlakozócsövön keresztül a 24 csatornákba, amelyet az égő szimmetriatengelyéhez mért 120-140*-os kúpszögű kúppalástban a merőlegeshez mért 10-30 ’-os, célszerűen 15*-os szögben elhelyezett 26 gázfúvókák a 27 kilépőélen vezetnek a 2. ábrán feltüntetett 32 közegáram formájában a 22 reakciótérbe.

A 22 reakciótér az 1. sz. ábra szerint a 13 vezetékkel a 7 hőcserélő 14 bemenetére van kapcsolva, míg a 7 hőcserélő 15 kimenete képezi az egész rendszer kimeneti pontját, azaz az égéstermék elvezetésének helyét.

A 2. ábra a közegek bevezetésére szolgáló elemeket felnagyítva ábrázolja, míg a 3. ábra a kúppalástban elhelyezett 26 gázfúvókák elrendezését tünteti fel, síkban kiterítetten ábrázolva.

A 4. ábrán több - példaszerűen kilenc darab égőt közös külső köpenybe foglalva, közös bevezető 4 vezetéket és 8 csatlakozó csőcsonkot alkalmazva egy nagy tüzelőrendszert alakítunk ki, amelyet a kötőélemekkel összefogott 33 karima rögzít. A 37 égőkhöz vezető 34 gázvezetékek külön csatlakozási rendszert képeznek. A berendezés kiegészül a 35 ellenőrző ablakkal, amelyen keresztül a tűztér állapota megszemlélhető, valamint a 36 csatlakozócsonkkal, amely az önmagában ismert szikragyújtó és lángőrbe rendé zés csatlakoztatására szolgál.

A fentiek szerint kialakított gázégő üzemeltetés során, - amennyiben az égőt az alsó robbanási határ alatti koncentrációjú éghető gázokkal és/vagy gőzökkel szennyezett levegő tisztítására, úgynevezett „utóégető” céljára kívánjuk alkalmazni, - a technológiai berendezés légteréből elszívott szennyezett levegőt vezetjük, mint 1 levegőáramot, a 3 motor által hajtott 2 ventilátor szívócsonkjára. Az 1 levegőáram a 2 ventilátor nyomócsonkjáról a 4 vezetéken keresztül az 5 hűtőköpeny alatti csatornába áramlik, majd két közegáramra oszlik. Kisebbik része, 2-25 %, célszerűen 10 %-a a 16 áramvonalas idom belsején keresztül a 20 gyűjtőtérbe jut, hűtve a 19 tűzeső 11 külső köpenyét.

Az 1 levegőáram fennmaradó 75-98 %-a, célszerűen 90 %-a a 6 kivezető nyíláson lép ki, és a 7 hőcserélőn keresztül haladva, - közben felmelegedve - a 8 csatlakozó csőcsonkon át jut a 9 csatornába, amelyen át a reakciótér falát hűti, de egyben maga továbbmelegszik, majd a 16 áramvonalas idom(ok) között lép be a 20 gyűjtőtérbe. Innen a (szennyezett) levegő a 19 tűzcsö(vek) belső csatornáján perdülettel lép ki a 22 reakciótélbe.

Közben a 2. ábrán is ábrázolt 21 vezetéken érkező gázból a 31 injektor (célszerűen sztöchiometrikus) gázlevegő elegyet állít elő, amelynek előállításához ebben az üzemmódban ugyancsak az 1 levegőáramból származó (szennyezett) levegőt használhatjuk fel, az erre szolgáló 17 légbevezető nyíláson át. Ez a gáz-levegőelegy a 28 csatlakozó csövön át a 24 csatornába jut, és így jut el a 26 gázfúvókákon át a 22 reakciótérbe, a 26 gázfúvókák már ismertetett kialakítása folytán a 19 tűzcsövek homlokfelületén (a 2. sz. ábrán ábrázolt 27 kilépőélen) a levegővel keveredve a 32 közegáramot alkotja, amelynek kúpszöge a > 0,5...0,95 π; és az ebben az örvénylő áramlásban ég el.

Ez a láng m > 1,2 légfelesleg mellett is stabil, és ugyanakkor tökéletes oxidációt biztosít.

Amennyiben a gázégőt nem utóégető céljára, hanem szokványos hőtermelő berendezésként kívánjuk alkalmazni, és a létrehozott égéstermék hőtartalmának hasznosítása a cél, a hőcserélőt, és a 13 vezetéket elhagyjuk, és a 6 kivezető nyílást közvetlenül csatlakoztatjuk a 8 csatlakozó csőcsonkhoz. Ekkor az 1 levegőáram egyszeres előmelegítést kap a 9 csatornában, ami az égő üzemét egyébként nem befolyásolja. Ebben az üzemmódban az égő pl. gázturbinák égőterében is alkalmazható.

A 4. sz. ábrán ábrázolt égőblokk üzemeltetése esetén az eltérés az elmondottaktól mindössze annyi, hogy a bevezető 4 vezeték nyílását, a 8 csatlakozó csőcsonkot közös csőcsatlakozássá vonjuk össze, a 21 vezetéket pedig a 34 gázvezetékek formájában külön-külön vezetjük az egyes 37 égőkhöz. A blokkégőt a 36 csatlakozócsövön keresztül csatlakoztatott, önmagában ismert szikragyújtóval gyújtjuk meg, az égés biztonságát önmagában ismert lángőr berendezéssel ellenőrizzük, és a tüzelés menetét szemrevételezhetjük a 35 ellenőrző ablakon keresztül.

A fentieknek megfelelően szerkesztett és üzemeltetett gázégőből olyan utóégető képezhető ki, amelynek távozó (lehűtött) égéstermékében néhány ppm éghető anyag mutatható ki legfeljebb, ugyanakkor a termelt hő jelentős részben visszanyerve a folyamat számára visszamarad, illetve hőigényes technológiai 3

HU 200387 Β műveletekhez felhasználható, míg reaktorként felhasználva a forró égéstermék jó hatásfokkal állítható elő.

Claims (6)

1. Égő gáznemű és/vagy folyékony tüzelőanyagokhoz, amelynek reakciótere, ezt körülvevő csatornája, e körül elhelyezett hűtőköpenye, a reakcióteret elöl lezáró, zárólemezzel burkolt tűzcsőpajzsa van, azzal jellemezve, hogy a hűtóköpeny (5) belső teréhez egy áramvonalas idom (16) belsejében, és egy furatsoron (18) keresztül csatlakozó, a csatorna (9) belső teréhez az áramvonalas idomok (16) közeivel csatlakozó gyűjtőtere (20); e gyűjtőtérből (20) a reakciótérbe vezető csatornával (23) és ebben perdítőelemmel (25) ellátott tűzesővel (19), injektorral (31) előállított tüzelőanyag-levegő elegyet szállító vezetéke (21), ehhez csatlakozó, kúpfelületen ferdén elhelyezett gázfúvókái (26) vannak.

2. Az 1. igénypont szerinti égő azzal jellemezve, hogy gázfúvókái (26) a szimmetriatengelyéhez mért 120-140’-os kúpszögű kúppalástban a merőlegeshez mért 10-30°-os, célszerűen 15'-os szögben vannak elhelyezve.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti égő azzal jellemezve, hogy a bevezetett levegőnek 20-45’-os perdületet adó perdítőelemei (25) vannak.

4. Az 1.-3. igénypontok bármelyike szerinti égő azzal jellemezve, hogy reakcióteréhez (22) vezetékkel (13) kapcsolt hőcserélője (7), és hűtőköpenyének (5) kivezető nyílásától (6) a hőcserélőn (7) keresztül a csatorna (9) csatlakozó csőcsonkjához (8) kötött vezetéke van.

5. Az 1.-4. igénypontok bármelyike szerint égő azzal jellemezve, hogy injektorának (31) azonos levegőáramra (1) kapcsolt légbevezető nyflása (17) és hűtőköpenyének (5) ugyanazon levegőáramra j (1) kapcsolt vezetéke (4) van. j

6. Az 1.-5. igénypontok bármelyike szerinti égő azzal jellemezve, hogy tetszőleges számú égő (37) közös bevezető vezetékkel (4) és közös csatlakozó csőcsonkkal (8) egy egységként van kialakítva.