NL1008240C2 - Fluïdumbrander. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Fluïdumbrander.

De uitvinding heeft betrekking op een fluïdumbrander voorzien van een fluïduminlaatkanaal en een 1uchtinlaatkanaal die zijn 5 aangesloten op een verbrandingskamer, waarbij op de verbrandingskamer tevens tenminste een verbrandingsgasuitlaatkanaal is aangesloten.

Bij een dergelijke fluïdumbrander die bijvoorbeeld kan worden gebruikt voor een pulserende verbranding van gas wordt een gasvormige brandstof via het fluïduminlaatkanaal in de verbrandingskamer 10 geblazen terwijl tegelijkertijd lucht via het luchtinlaatkanaal in de verbrandingskamer wordt gebracht. Het in de verbrandingskamer gevormde luchtgasmengsel wordt ontbrand waarna via het verbrandingsgasuitlaatkanaal en het 1uchtinlaatkanaal de verbrandingsgassen uit de verbrandingskamer worden afgevoerd. Bij een pulserende verbranding ontstaat hierbij een 15 onderdruk in de verbrandingskamer waardoor verse lucht wordt aangezogen. Hierbij zal uit het luchtinlaatkanaal en verbrandingsgasinlaatkanaal ook een gedeelte van de verbrandingsgassen terug in de verbrandingskamer worden gezogen. Tevens wordt gasvormige brandstof toegevoerd. Het in de verbrandingskamer aanwezige mengsel komt in aanraking met dit nog steeds 20 brandende verbrandingsgas en zal verbranden waarna de cyclus zich herhaalt.

Indien de dimensies van het luchtinlaatkanaal en het verbrandingsgasuitlaatkanaal correct worden gekozen zal de gewenste hoeveelheid brandend verbrandingsgas en verse lucht via deze kanalen in de verbrandingskamer worden gezogen.

25 Bij de tot nu toe bekende fluïdumbranders zijn het verbrandingsgasuitlaatkanaal en het luchtinlaatkanaal in eikaars verlengde gelegen waardoor het verbrandingsgas in twee aan elkaar tegengestelde richtingen in respectievelijk het luchtinlaatkanaal en verbrandingsgasuitlaatkanaal uit de verbrandingskamer zal stromen. Een dergelijke opstelling 30 heeft een aantal nadelen. Bij een verticale opstelling waarbij de verbrandingsgasuitlaatkanalen naar boven toe zijn gericht zal via het luchtinlaatkanaal een stroom brandend verbrandingsgas in neerwaartse richting worden gestuwd hetgeen het noodzakelijk maakt om onder de verbrandingskamer maatregelen te treffen om oververhitting van onder de 35 verbrandingskamer aanwezige constructies te verhinderen. De uit de kanalen stromende verbrandingsgassen maken relatief veel lawaai zodat aan

1 U O O ·· - J

2 weerszijden van de verbrandingskamer maatregelen genomen dienen te worden om dit geluid te dempen. Verder zullen door de hete verbrandingsgassen het luchtinlaatkanaal en het verbrandingsgasuitlaatkanaal worden verwarmd en tegen oververhitting moeten worden gekoeld. Ook dit dient aan 5 weerszijden van de verbrandingskamer plaats te vinden.

De uitvinding beoogt een fluïdumbrander te verschaffen die relatief compact van opbouw is en waarmee de problemen van de bekende fluïdumbranders worden vermeden.

Dit doel wordt bij de fluïdumbrander volgens de 10 uitvinding bereikt doordat het verbrandingsgasuitl aatkanaal aan eenzelfde zijde van de verbrandingskamer als het luchtinlaatkanaal is gelegen terwijl het verbrandingsgasuitlaatkanaal aan een van de verbrandingskamer afgekeerde zijde in dwarsdoorsnede toeneemt.

Doordat het luchtinlaatkanaal aan dezelfde zijde van 15 de verbrandingskamer is gelegen als het verbrandingsgasuitlaatkanaal zijn alle verbrandingsgasstromen in eenzelfde richting gericht. Bij het uit de verbrandingskamer stromen van het verbrandingsgas zal een luchtstroom ontstaan langs de buitenzijde van de fluïdumbrander die in eenzelfde richting is gericht als de uit de verbrandingskamer stromende verbrandings-20 gassen. Hierdoor vindt een automatische luchtkoeling plaats van de fluïdumbrander. Doordat alle verbrandingsgassen aan eenzelfde zijde uit de fluïdumbrander treden hoeft slechts aan deze enkele zijde een eventuele geluidsdemper te worden aangebracht.

Een uitvoeringsvorm van de fluïdumbrander volgens de 25 uitvinding wordt gekenmerkt doordat het fluïduminlaatkanaal en het luchtinlaatkanaal zich langs een gemeenschappelijke hoofdas naar elkaar toe uitstrekken terwijl het verbrandingsgasuitlaatkanaal zich op afstand van het luchtinlaatkanaal evenwijdig aan de hoofdas uitstrekt.

Doordat het fluïduminlaatkanaal naar het luchtinlaatka-30 naai toe is gericht, worden het fluïdum en de lucht als het ware naar elkaar toe verplaatst waardoor een goede menging wordt verkregen.

Een andere uitvoeringsvorm van de fluïdumverbrander volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de verbrandingsgasuitlaatka-nalen aan een van de verbrandingskamer afgekeerde zijde conisch uitlopen, 35 waarbij een van de hoofdas afgekeerd wandgedeelte van het conisch uitlopende verbrandingsgasuitlaatkanaal evenwijdig aan de hoofdas is ^0U8240 3 gelegen.

Hierdoor kan het verbrandingsgas in het conisch uitlopende gedeelte expanderen terwijl de buitenafmeting van de fluïdumbrander nabij het conisch uitlopende gedeelte dezelfde is als nabij 5 de aansluiting van het verbrandingsgasuitlaatkanaal op de verbrandingska-mer.

Een verdere uitvoeringsvorm van de fluïdumverbrander volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de verbrandingskamer drie zich om de hoofdas uitstrekkende conische wanddelen omvat, waarbij het 10 eerste en tweede conische wanddeel nabij de grootste diameters met elkaar zijn verbonden, terwijl het eerste conische wanddeel met het in het eerste conische wanddeel gelegen derde conische wanddeel is verbonden nabij respectievel i jk de kleinste diameter van het eerste wanddeel en de grootste diameter van het derde wanddeel, waarbij het luchtinlaatkanaal nabij de 15 kleinste diameter van het derde conische wanddeel, op het derde conische wanddeel is aangesloten, en in het eerste conische wanddeel openingen zijn voorzien waarop de verbrandingsgasuitlaatkanalen zijn aangesloten.

Een dergel i jke opbouw van een verbrandingskamer creëert een goede menging van de verschillende fluïda.

20 De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen, waarin fig. IA en 1B respectievelijk een vooraanzicht en bovenaanzicht van een fluïdumbrander volgens de uitvinding tonen, fig. 2 een vergrote dwarsdoorsnede van de in fig. IA 25 weergegeven fluïdumbrander toont, fig. 3A-12A respectievelijk bovenaanzichten tonen van de met III-XII aangegeven onderdelen van de in fig. IA weergegeven fluïdumbrander, fig. 3B-12B, respectievelijk vooraanzichten tonen van 30 de met III-XII aangegeven onderdelen van de in fig. IA weergegeven fluïdumbrander.

In de figuren zijn overeenkomende onderdelen voorzien van eenzelfde verwijzingscijfer.

Fig. IA en 1B tonen respectievelijk een vooraanzicht 35 en bovenaanzicht van een fluïdumbrander 1 volgens de uitvinding. De fluïdumbrander 1 is voorzien van een verbrandingskamer 2 waarop een ► 1 UOO^Ü 4 fluiduminlaatkanaal 3 en een luchtinlaatkanaal 4 zijn aangesloten. Het luchtinlaatkanaal 4 en het flinduminlaatkanaal 3 strekken zich langs een gemeenschappelijke hoofdas 5 uit en zijn naar elkaar toe gericht. De fl uidumbrander 1 is verder voorzien van vier verbrandingsgasuitlaatkana-5 len 6 die symmetrisch om de hoofdas 5 heen zijn gelegen en zich evenwijdig aan de hoofdas 5 uitstrekken. De verbrandingsgasuitlaatkanalen 6 zijn aan een van de verbrandingskamer 2 afgekeerde zijde elk voorzien van een conisch uitlopend gedeelte 7 waarvan een van de hoofdas 5 afgekeerd wanddeel 8 zich evenwijdig aan de hoofdas 5 uitstrekt. De verbrandingsgas-10 uitlaatkanalen 6 zijn aan een van de verbrandingskamer 2 afgekeerde zijde onderling verbonden door middel van metalen stroken 9, 10, 11 die zich tussen de verschillende verbrandingsgasuitlaatkanalen 6 uitstrekken. De verbrandingsgasuitlaatkanalen 6 zijn verder voorzien van handgrepen 12 voor het eenvoudig verplaatsen van de fluidumbrander 1.

15 De verbrandingskamer 2 is voorzien van drie conische,me talen wanddelen 13, 14, 15, waarvan het eerste conische wanddeel 13 nabij de grootste diameter is verbonden met het tweede conische wanddeel 14 terwijl het eerste conische wanddeel 13 nabij de kleinste diameter is verbonden met de grootste diameter van het derde conische wanddeel 15. 20 Het derde conische wanddeel 15 is nabij de kleinste diameter verbonden met een het luchtinlaatkanaal 4 vormende buis 16 die aan een van de verbrandingskamer 2 afgekeerde uiteinde is verbonden met een trechtervormig inlaatstuk 17.

Het tweede conische wanddeel 14 is nabij de kleinste 25 diameter verbonden met een ringvormige schijf 18 waaraan met behulp van een aantal regelmatig langs de omtrek verdeelde bouten en moeren een ringvormige schijf 19 is verbonden. Tussen de ringvormige schijven 18 en 19 is een plaat 20 geklemd. De plaat 20 omvat onder meer het fluïduminlaat-kanaal 3 en zal aan de hand van fig. 4 nader worden toegelicht.

30 Fig. 2 toont diverse delen van de fl uidumbrander 1 op een enigszins grotere schaal.

Fig. 3A en 3B tonen respectievelijk een bovenaanzicht en vooraanzicht van de ringvormige schijf 19.

Fig. 4A en 4B tonen respectievelijk een bovenaanzicht 35 en vooraanzicht van de plaat 20 welke is voorzien van het fluïduminlaatka-naal 3. De plaat 20 is verder voorzien van een ontstekingsluchtinlaatka- I i . ' 0 5 naai 21 dat aan een naar de plaat 19 toegekeerde zijde is aangesloten op een luchttoevoerkanaal en aan een naar de plaat 18 toegekeerde zijde uitmondt in de verbrandingskamer 2. De plaat 20 is verder voorzien van een opening 22 via welke een bougieachtige ontsteker in de verbrandingska-5 mer 2 wordt gestoken. In het fluïduminlaatkanaal 3 is een pijp (niet weergegeven) gelegen welk aan een naar de plaat 19 toegekeerde zijde is aangesloten op een fluïdumtoevoerleiding en aan een van de plaat 19 afgekeerde zijde uitmondt in de verbrandingskamer 2. De pijp wordt met behulp van een bout 23, welke zich door de wand van het fluïduminlaatka-10 naai 3 heen uitstrekt, in het kanaal 3 bevestigt.

Fig. 5A en 5B tonen respectievelijk een bovenaanzicht en vooraanzicht van de ringvormige schijf 18 welke is voorzien van twaalf op regelmatige afstand van elkaar gelegen openingen 24 die tegenover in de plaat 19 gelegen openingen 25 zijn gelegen en waar zich bouten (niet 15 weergegeven) doorheen uitstrekken.

Fig. 6A en 6B tonen respectievelijk een bovenaanzicht en vooraanzicht van het tweede conische wanddeel 14.

Fig. 7A en 7B tonen respectievelijk een bovenaanzicht en vooraanzicht van het eerste conische wanddeel 13, welke is voorzien 20 van vier openingen 26 waarop de verbrandingsgasafvoerkanalen 6 zijn aangesloten.

Fig. 8A en 8B tonen respectievelijk een bovenaanzicht en vooraanzicht van het derde conische wanddeel 15.

Fig. 9A en 9B tonen respectievelijk een bovenaanzicht 25 en vooraanzicht van de buis 16 die het luchtinlaatkanaal 4 omvat.

fig. 10A en 10B tonen respectievelijk een bovenaanzicht en vooraanzicht van het trechtervormige inlaatstuk 17.

Fig. 1 IA, 11B en 11C tonen respectievelijk een bovenaanzicht, vooraanzicht en zijaanzicht van het onderste gedeelte van 30 een verbrandingsgasuitlaatkanaal 6.

Fig. 12A en 12 B tonen respectievelijk een bovenaanzicht en vooraanzicht van het conische gedeelte 7 van het verbrandingsgasuitlaatkanaal 6.

Om een optimale verbranding te garanderen dienen de 35 diameters D1-D18, de afstanden H1-H7, de stralen R1-R2 en de hoek a een bepaalde onderlinge verhouding te hebben. In de praktijk is gebleken dat ;3 6 bij een fluïdumverbrander met de in de onderstaande tabel weergegeven waarden een goede verbranding van een fluïdum kan worden verkregen.

De werking van de fluïdumbrander 1 volgens de uitvinding zal nu beknopt worden toegelicht. Bij het opstarten van de fluïdumbrander 1 5 wordt verse lucht via het ontstekingsluchtinlaatkanaal 21 in de verbrandingskamer 2 geblazen. Vervolgens wordt er een continue stroom brandstof, bijvoorbeeld een gas, een vloeibare stof of een vaste stof in de verbrandingskamer 2 geblazen. Daarna wordt de bougieachtige ontsteker 22 in werking gezet en zal het mengsel exploderen. Door de druk van de 10 explosie stroomt het verbrande mengsel naar de verbrandingsgasuitlaatkana-len 6 en eveneens naar het luchtinlaatkanaal 4 en het fluïduminlaatkanaal 3. Doordat de verbrandingsgassen uit de verbrandingskamer 2 stromen, ontstaat er een onderdruk in de verbrandingskamer 2 welke groot genoeg is om verse lucht aan te zuigen via het luchtinlaatkanaal 4. Door de 15 onderdruk neemt tevens de snelheid van de uit de verbrandingskamer 2 stromende verbrandingsgassen af. Een gedeelte van de verbrandingsgassen wordt hierdoor zelfs wederom in de verbrandingskamer 2 gezogen zodat deze opnieuw in de verbrandingskamer 2 terechtkomen. In de verbrandingskamer 2 zit nu een nieuw mengsel van verse lucht en via het fluïduminlaatkanaal 20 continu toegevoerde brandstof welke in aanraking komt met de nog steeds brandende verbrandingsgassen. Het nieuwe mengsel zal exploderen en uitzetten waarna de cyclus zichzelf zal gaan blijven herhalen. Het toevoeren van lucht via het ontstekingsluchtinlaatkanaal 21 en het gebruik van de ontsteker 22 zijn nu niet meer nodig. Pas bij het opnieuw opstarten 25 van de fluïdumbrander 1 zal hier gebruik van worden gemaakt.

De fluïdumbrander 1 volgens de uitvinding heeft als voordeel dat relatief hoge verbrandingskamerbelastingen mogelijk zijn, welke in de orde 1 iggen van 10.000-50.000 kW per m3 bij een relatief kleine afmeting van de verbrandingskamer 2.

30 De overdracht van warmte is vele malen hoger dan bij niet pulserende verbranding. De verbrandingstemperatuur is relatief laag en de explosietijd relatief kort waardoor er een relatief laag niveau N0X aanwezig is. Door de pulserende versnelde gasstromen zullen er geen reststoffen zoals roet in de verbrandingskamer worden gevormd. Ten gevolge 35 van de in de verbrandingskamer optredende explosie wordt een uitstekende menging van de brandstof en de lucht verkregen. De verhouding van lucht 7 ten opzichte van de brandstof kan daardoor relatief laag zijn. Zowel gas, vloeistoffen en zelfs vaste brandstoffen kunnen worden gebruikt zoals biogas, chemisch afval, sludge, kolen en andere vaste afvalproducten. Doordat de verbrandingsgassen een relatief lage temperatuur hebben en onder 5 een relatief hoge druk staan is een schoorsteen of rookkanaal voor het afvoeren van de verbrandingsgassen niet nodig.

t

Claims (6)

1. Fluïdumbrander voorzien van een fluïduminlaatkanaal en een luchtinlaatkanaal die zijn aangesloten op een verbrandingskamer, 5 waarbij op de verbrandingskamer tevens tenminste een verbrandingsgasuit-laatkanaal is aangesloten, met het kenmerk, dat het verbrandingsgasuitlaat-kanaal aan eenzelfde zijde van de verbrandingskamer als het luchtinlaatkanaal is gelegen terwijl het verbrandingsgasuitlaatkanaal aan een van de verbrandingskamer afgekeerde zijde in dwarsdoorsnede toeneemt.

2. Fluïdumbrander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het fluïduminlaatkanaal en het luchtinlaatkanaal zich langs een gemeenschappelijke hoofdas naar elkaar toe uitstrekken terwijl het verbrandingsgasuitlaatkanaal zich op afstand van het luchtinlaatkanaal evenwijdig aan de hoofdas uitstrekt.

3. Fluïdumbrander volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de verbrandingsgasuitlaatkanalen aan een van de verbrandingskamer afgekeerde zijde conisch uitlopen, waarbij een van de hoofdas afgekeerd wandgedeelte van het conisch uitlopende verbrandingsgasuitlaatkanaal evenwijdig aan de hoofdas is gelegen.

3. Fluïdumbrander volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de verbrandingskamer drie zich om de hoofdas uitstrekkende conische wanddelen omvat, waarbij het eerste en tweede conische wanddeel nabij de grootste diameters met elkaar zijn verbonden, terwijl het eerste conische wanddeel met het in het eerste conische wanddeel gelegen derde 25 conische wanddeel is verbonden nabij respectievelijk de kleinste diameter van het eerste wanddeel en de grootste diameter van het derde wanddeel, waarbij het luchtinlaatkanaal nabij de kleinste diameter van het derde conische wanddeel, op het derde conische wanddeel is aangesloten, en in het eerste conische wanddeel openingen zijn voorzien waarop de verbran-30 dingsgasuitlaatkanalen zijn aangesloten.

5. Fluïdumbrander volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het luchtinlaatkanaal aan een van de verbrandingskamer afgekeerde zijde trechtervormig is.

6. Fluïdumbrander volgens een der voorgaande conclusies, 35 met het kenmerk, dat nabij het fluïduminlaatkanaal een ontstekingsluchtka- naal en een ontsteker zijn voorzien. »1 0 082 40