NL1014789C2 - Thermix -Low-NOx, thermisch NOx reducerend toestel met sterk energiebesparende werking bij vuurgangvlampijp ketels en vuurhaarden. - Google Patents

Description

5 Korte aanduiding: THERMIX -LOW-NOx ,THERMISCH NOx REDUCEREND TOESTEL MET STERK ENERGIEBESPARENDE WERKING BIJ VUURGANGVLAMPIJP KETELS EN VUURHAARDEN.

De uitvinding heeft betrekking op een aanvullend toestel 10 bij vuurgangvlampijpkete1s of vuurhaarden welke voorzien zijn van een stooktoestel zoals gecombineerde gas-oliebranders, gasbranders en of o 1iebranders. Het toestel is voorzien van een water- of oliegekoelde omhulling met een lengteas, van een water-of oliegekoelde frontplaat met 15 koe11eidinga ans1uitingen voor het koelen van de vlam en rookgassen welke bij de beoogde recirculatie van rookgassen ontstaan.Het toestel wordt ingebracht in de lengte as van bijvoorbeeld de vuurgangvlampijpkete1 waarbij de gekoelde omhulling de buitenste doorlaatopening van de recirculerende 20 rookgassen enerzijds en de binnenste doorlaatopening de lengteas van de vlam doorlaat.

Het toestel vindt onder meer zijn hun toepassing als THERMISCHE NOx REDUCEREND TOESTEL MET STERK ENERGIEBESPARENDE WERKING bij olie- en gasgestookte branders van ketels en 25 ovens. In deze gas-oliebranders wordt een mengsel van gas en lucht, olie en lucht, verbrand waardoor rookgas ontstaat. Ondanks dat olie en gas relatief schone brandstoffen zijn, bevat het rookgas een ongewenst gehalte aan NOx (dat is NO en N02) · De basiscomponenten van dit NOx zijn niet afkomstig van 30 het aardgas maar van de lucht.

Daar tengevolge van de mi1ieubewustheid de ΝΟχ-emissie normen van onder andere gas- en oliebranders verscherpt zullen worden, dienen gasbrander en gecombineerde gas-oliebranders verschaft te worden die voldoen aan de 35 verscherpte NOx-emissienormen.

De tot nu toe gebruikte technieken om bij gasbranders, gas-o1iebranders en oliebranders, tot een verdergaande reductie van de NOx-emissie te komen zijn: interne en externe 1 014^89 2 ro okgasrecircu1 atie, en getrapte verbranaing door middel van me ertraps1uch11oevoer, meertrapsgastoevoer of olietoevoer, zijn qua reductie op thermische NOx, in de stand der techniek, uitgeput.

5 Bij externe rookgasrecirculatie wordt een gedeelte van de rookgassen, die uit een ketel die door een gasbrander verwarmd wordt komen, met behulp van bijvoorbeeld een rookgas-ventilator vanuit bijvoorbeeld een schoorsteen naar de luchttoevoerleiding teruggevoerd. Hoewel een NO* 10 emissiereductie verkregen wordt, heeft deze techniek enkele bezwaren. Externe rookgasrecircu1atie vereist leidingwerk, eventueel een rookgasventilator en regel apparatuur om de recirculerende stroom te regelen, waardoor de kostprijs hoog kan zijn. Bij toepassing van rookgasrecirculatie kan de 15 hoeveelheid gerecircu1eerd rookgas tijdelijk van een zodanige hoeveelheid zijn, dat bovendien vlamstabilisatieproblemen zouden kunnen ontstaan. Daarnaast kan er condensvorming in de recirculatieleiding optreden, waardoor ongewenst corrosievorming kan ontstaan.

20 Het gebruik van additionele onderdelen en het optreden van condensvorming kan voorkomen worden door interne rookgasrecirculatie. In deze techniek worden rookgassen door onderdruk over de branderkop in de vuurhaard gerecirculeerd. Hoewel door interne rookgasrecirculatie de ΝΟχ-einissie 25 gereduceerd wordt, is deze reductie niet voldoende om aan de strenge toekomstige emissie-eisen te voldoen.

De werking van de uitvinding van dit NOx reducerende toestel berust erop dat rookgassen in de vuurhaard gekoeld terugstromen naar de branderkop en met de vlam worden 30 vermengd. Hierdoor ontstaat een vlam met lagere vlamtemperatuur waarmede de te vormen NOx wordt bestreden. Door de lagere vlamtemperatuur en het extra verwarmde oppervlakte van het NOx reducerende toestel is de rookgastemperatuur in de uittrede naar de lucht veelvoudig 35 lager en het ketel rendement sterk verbeterd.

Doordat de frontplaat van de vuurgang niet meer van een vuurvaste bemetselde isolatielaag of anderzins isolatie behoeft te worden voorzien te voorkoming van 1014789 3 warmteuitstra 1ing naar de buitenzijde van de frontplaat , beoogt de uitvinding eveneens een koeling van de vlam doordat geen vuurvaste isolatielaag of anderzins isolatie meer benodigd is en geen warmtstra 1ing meer van de voornoemde 5 uitvinding naar de vlam straalt.Dit ter voorkoming van het vormen van thermische NOx.

Een toestel , ongekoeld , tervoorkoming van roetdelen bij oliebranders was reeds in de jaren 70 bekend, dit toestel 10 werd als ceramic , in delen , ingebracht in de lengteas van de vuurhaard. Een toestel, ongekoeld, tervoorkoming van NOx bij gas- en oliebranders is bekend uit de jaren 90 onder de naam "Reaktionskammer".

De materialen gebruikt bij deze toestellen o.a. hitte-15 bestendige staalsoorten zijn zeer kort van levensduur.

Hierbij wordt het: toestel gebruikt om de convectie van de gas/olievlam om te zetten naar straling. Wel worden de rookgassen ook via de buitenste opening tussen de vuurgang en toestel teruggevoerd 20 naar de branderkop maar door de hitte en straling van het ongekoelde toestel worden de terugstromende rookgassen wederom zo sterk opgewarmd dat de beoogde doelstelling deels teniet wordt gedaan.

25 Een toestel van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit het Duitse Veroffent1ichungsnummer 0 663 563 Al, welke weliswaar het principe van terugvoering van rookgassen naar de verbrandingskamer heeft maar langs een ongekoelde verbrandingskamer stroomt alsmede zijn de voorfront en 30 achterfront niet gekoeld maar voorzien van een hittebestendige bemetseling. Genoemde constructie zorgt voor een zeer geringe reductie van de Nox waarden, heeft geen secundair koelcircuit en is niet gericht op het inbouwen in een vuurgangvlampijpketel .

35

Een gas/o 1iebrander met interne rookgasrecirculatie is bekend uit het USA patent number 5,350,293. Dit toestel is niet voorzien van vloeistofgekoelde wanden maar met lucht- 1014789 4 koeling, tevens niet met het doel om extra verwarmend oppervlak in een vuurgangv1ampijp in te brengen en thermische Νοχ in de ketel te voorkomen. Bovengenoemd toestel heeft ook geen secundair vloeistofgekoe1d circuit.

5

Tevens is bekend een toestel uit het Duitse Offenlegungs-schrift 29 27 193. In feite is genoemd toestel een verwar mingsketel voorzien van een hittebestendge vuurvaste bemeten niet voorzien van v1 oeistofkoe1ing of secundair koelcir-10 cuit.We1iswaar wordt hier deels de interne rookgasrecirculatie genoemd en toegepast maar waarbij de warmtewisselaar gewoon behoort tot het ketellichaam en n :L et voorzien is van een vloeistofgekoeld secundair circuit. De terugstromende rookgassen worden door de vuurvaste beme tseling weer dusdanig 15 verwarmd door een verhitte plaat in tegenstelling tot de in onze uitvinding genoemde vloeistofgekoelde frontplaat. Ook is genoemd toestel niet inzetbaar in een vuurgangvlampijpketel en heeft niet tot doel om extra verwarmd oppervlak in een bestaande ketel in te brengen met reductie van de Nox waarden.

20

In het Duitse Offenlegungsschrift 152603!:! wordt een toestel beschreven met de bedoeling een volledige: verbranding tot stand te brengen doormiddel van het recirculeren van onverbrande gassen. Het gaat hierbij om CO en roetverbranding 25 door interne rookgasrecirculatie waarbij de rookgassen juist extra opgewarmd worden voor een hetere vlam om tot volledige verbranding te komen. De bedoeling , van genoemd toestel, is niet zoals bij onze uitvinding, dat de rookgassen extra gekoeld worden door een secundair vloeistof circuit en vloei-30 stof gekoelde frontp1 aat.Genoemd toestel is ook niet inzet baar in een vuurgangvlampijpketel en brengt geen extra verwarm oppervlak is tevens niet Nox verlagend.

Het is een doel van de uitvinding om een toestel te 35 verschaffen voor NOx reductie met energiebesparing waarmee op alternatieve en goedkope wijze reductie van de NOx-emissie bij verbranding van gas en olie bereikt kan worden die hoger is dan van de bekende toegepaste systemen.

1014789 5

Hiertoe is een toestel van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding gekenmerkt doordat in de verbrandingsruimte een water- of oliegekoelde eenheid wordt aangebracht voorzien van een middelste in lengteas lopende 5 door1 aatopening , een buitenste rookgasdoorstroomopening ,welke wordt gevormd door de begrenzing van de diameter van de vuurgang en de buitenste maatvoering van het NOx reducerende toestel, verder voorzien is van een aantal koe1toevoerpijpen, die aangesloten zijn op de koelleidingen 10 en een aantal koe11eidingen welke zijn aangesloten op een koelverdeelsysteem, Hoewel het systeem een koelende werking heeft op de vlam wordt de in het koelichaam afgegeven warmte door de vlam, benut en kan worden gebruikt voor diverse s ys temen.

15 De uitvinding berust op het inzicht dat de opgewekte warmte, bij waterkoeling, wederom in de vuurgangvlampijpkete1 of verwarmingsystemen opgenomen kan worden.

Secundaire systemen als ontsmetting van water bij laagtemperatuurketels kunnen met dit tweede circuit 20 gerealiseerd worden door het opwekken en regelen van een hogere uitgangstemperatuur van het te verwarmen medium.Bij koeling met thermische olie kan hoogwaardige warmte verkregen worden voor uiteenlopende toepassingen.

Bijzonder is dat met de uitvinding in een stooktoestel 25 warmte verkregen kan worden voor verschillende mediums als stoom, water en thermische olie.

De uitvinding berust op het inzicht dat bij de bekende 30 systemen uit de jaren '70 en '90, wel een betere verbranding tot stand kwam maar niet tot energiebesparing en veel lagere NOx waarden bereikt werden. Door de inventieve constructie wordt er in de recirculatieopening van de uitvinding een onderdruk gecreëerd en ontstaat er tijdens bedrijf van de 35 brander een vlam welke gekoeld wordt door de uitvinding.

Welke vlam zich in hoofdzaak aan de binnenwand van de omhulling bevindt en op de lengteas.

10 1 4 789 6

In een bevoorkeurde uitvoeringsvorm kan volgens de uitvinding gekenmerkt worden door de toepassing in zowel BESTAANDE ALS NIEUWE VUURGANGVLAMPIJPKETELS OF OVENS. Doordat de uitvinding een gekoelde omhulling is van een 5 buizenspiraal of pijpenbundel is van bui 5: en, met een gekoelde voorzijdeafsluiting van de vuurgang welk ei voorzien is van aansluitingen voor gas/oliebrander montage en het koelende medium, is de toepassing universeel.

10 De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorbeeld de uitvinding in een vuurgangvlampijpketel is geplaatst en een gas-oliebrander in de figuur schematsch in doorsnede wordt weergegeven.

15 In de figuur 1 en 2 geeft 1 schematisch een bevoorkeurde uitvoering van de uitvinding weer en een deel van een vuurgangvlampijpketel met vuurgang 2 alsmede een op gas en olie gestookte gas-oliebrander 3 weer. Het deel van de uitvinding in figuur 1 en 2 bevat een omhulling 4 met een 20 lengteas 5, een koeltoevoerleiding 6 alsmede een koelafvoerleiding 7. en een gekoelde frontplaat 8. Tevens een ro okgasrecirculatieopening 11.

In de weergegeven uitvoeringsvormen wordt de 25 uitvinding met omhulling 4 en gekoelde frontplaat 8 geplaatst in een vuurgang 2 . De vlam wordt gevormd in de gas- oliebrander 3 welke brandt door de spira Ienbunde1/omhulse1 4 en de verder gelegen vuurgang 2. In de axiale doorlaatopening 5 worden met de vlam rookgassen 9 gevormd 30 welke verder in vuurgang 2 doorstromen. Een deel van deze rookgassen 10 worden door het recirculatiekana al-doorstro omopen i n g 11 gezogen door het ontstane onderdrukgebied 12. In het recirculatieka na a 1/do orstroomopening 11 worden de rookgassen afgekoeld door de wandte mp eratuur van vuurgang 2, 35 de buitenzijde van het spiraal/buizenstelsel 13 en de wandtemperatuur van de gekoelde frontplaat 8. Ter plaatse van 14 worden de afgekoelde rookgassen wederom gemengd met de 1014788 7 vlam waardoor een vlam met lagere temperatuur en de thermische N O x drastisch wordt verminderd.

Doordat een vlam met lagere temperatuur ontstaat en de vlam al een deel van zijn warmte aan het spiraal/buizen-5 stelsel 4 heeft afgegeven zal de temperatuur van de rookgassen aan het einde van de vuurgang 2 aanzienlijk minder zijn, zodanig dat bij het uittreden van de rookgassen naar het ro okgasafvoerkan a a 1 deze aanzienlijk lager in temperatuur zijn waardoor de energiebesparing wordt bereikt.Een verdere 10 optimalisering voor het verkrijgen van een minimale NOx-emissie blijkt verkregen te worden door de lengte A te wijzigen in de richting van lengteas 5.

15 20 25 30 35 1 0 1 4 7 89

Claims (1)

1. Thermisch NOx reducerend toestel met sterk 5 energiebesparende werking bij olie- en gasgestookte branders van ketels en ovens. De werking van de uitvinding berust erop dat rookgassen in de vuurhaard "GEKOELD" terugstromen naar de bra nderkop en met de vlam worden vermengd. Hierdoor ontstaat een vlam met lagere vlamtemperatuur waarmede de te vormen NOx 10 drastisch wordt bestreden. Door de lagere vlamtemperatuur en het extra verwarmde oppervlak van het ingebrachte gekoelde spiraal/buizenstelsei , is de rookgassentemperatuur in de uittrede van de ketel/stookbuis veelvoudig lager en het ketel rendement sterk verbeterd. 20 25 30 35 1014789