NL1023439C2

NL1023439C2 - Brander.

Info

Publication number: NL1023439C2
Application number: NL1023439A
Authority: NL
Inventors: Willem Charles Mallon; Albertus Van Der Weide; Gjalt Christiaan Tiekstra
Original assignee: Nederlandse Gasunie Nv
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-11-17
Also published as: WO2004102071A1

Description

1 ·

Brander

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een brander welke een doorvoerkanaal voor een lucht-brandstofmengsel omvat, welk doorvoerkanaal aan een toevoer-zijde een eerste uiteinde bezit voor het toevoeren van een 5 lucht-brandstofmengsel en aan een verbrandingszijde een tweede uiteinde bezit alwaar het lucht-brandstofmengsel kan worden verbrand, waarbij het doorvoerkanaal de toevoerzijde met de verbrandingszijde verbindt, en in het doorvoerkanaal middelen zijn aangebracht voor het verhinderen van het binnen-10 dringen van een vlam in het doorvoerkanaal.

In verbrandingsovens, verbrandingsketels en dergelijke wordt gebruik gemaakt van branders, welke een vermogen hebben van, bijvoorbeeld 10 kW tot 10 MW. Dergelijke branders moeten aan diverse eisen voldoen, zowel ten aanzien van de 15 veiligheid als milieu. Voor wat betreft veiligheid mag een vlam niet, althans niet ver, in de brander doordringen, aangezien doordringen van de vlam tot aan het eerste uiteinde een explosie tot gevolg kan hebben. Of een vlam de brander binnen kan dringen hangt van een aantal factoren af, in het 20 bijzonder van de snelheid waarmee het lucht-brandstofmengsel wordt toegevoerd en van de vlampropagatiesnelheid. Wanneer de tweede groter is dan de eerste ontstaat het gesignaleerde gevaar. De vlamtemperatuur en vlamstabiliteit dienen vergaand te worden gecontroleerd teneinde emissies van schadelijke 25 gassen, in het bijzonder stikstofoxiden, zo laag mogelijk te houden. De vlam dient zich daartoe dicht bij de brander te bevinden. ÜS 5.879.148 beschrijft een brander welke het mogelijk maakt om aan zowel de veiligheids- als de milieu-eisen te voldoen.

30 De bekende brander heeft het weliswaar mogelijk ge maakt aan de in de loop der tijd zeer sterk aangescherpte milieu-eisen te voldoen, maar is relatief gecompliceerd. Verder geeft de brander bij bedrijf ervan onder moeilijke omstandigheden, bijvoorbeeld in relatief nauwe vuurhaarden een onvol-35 doende stabiele vlam.

Derhalve verschaft de onderhavige uitvinding een Η I brander van de in de aanhef genoemde soort, welke wordt ge- I kenmerkt doordat de middelen worden gevormd door een zich in I het genoemde doorvoerkanaal bevindend tweede doorvoerkanaal I met een eerste, naar de toevoerzijde gekeerde uiteinde, en I 5 een tweede naar de verbrandingszijde gekeerd uiteinde, waar- I bij het uiteinde aan de tweede zijde naar de verbrandingszij- I de toe tapsuitlopend is verbreed, waarbij de verbreding zich ten minste deels in het doorvoerkanaal bevindt.

I Aldus wordt volgens de uitvinding een brander ver- I 10 schaft welke niet alleen een zeer eenvoudige bouw heeft, doch I ook zeer veilig is tijdens bedrijf. Een vlam kan de brander I niet binnendringen. De stromingsweerstand van de brander is I zeer laag, waardoor zich - in het onwaarschijlijke geval dat I toch vlaminslag optreedt - geen hoge drukken kunnen opbouwen.

I 15 Tijdens bedrijf worden zeer lage stikstofoxidenniveaus be- reikt, ook bij nauwe vuurhaarden. Het tweede toevoerkanaal zal zich in de praktijk co-axiaal in het tweede toevoerkanaal I bevinden.

I Bij voorkeur mondt het tweede uiteinde van het twee- I 20 de doorvoerkanaal uit ter hoogte van het tweede uiteinde van I het eerste doorvoerkanaal.

I Aldus wordt een brander verschaft met een stabiel I brandende centrale vlam waar het buitenste gas-luchtmengsel I in wordt gespoten.

I 25 Volgens een eerste uitvoeringsvorm is de verhouding I Ri van i) de doorstroombare oppervlakte van het eerste door- I voerkanaal en ii) de doorstroombare oppervlakte van het twee- I de doorvoerkanaal aan de verbrandingszijde kleiner dan de verhouding Rn van i) de doorstroombare oppervlakte van het I 30 eerste doorvoerkanaal en ii) de doorstroombare oppervlakte I van het tweede doorvoerkanaal aan de toevoerzijde.

I Aldus worden doelmatig zones in de brander gecreëerd I welke een verhoogde lucht-brandstofmengselgassnelheid hebben, I en welke dus door een de brander binnendringende vlam niet I 35 kunnen worden gepasseerd. De eerste en tweede uiteinden van I de eerste en tweede doorvoerkanalen hoeven niet in hetzelfde I vlak te liggen. Dat wil zeggen, een uiteinde van een door- I voerkanaal kan uitsteken boven het uiteinde van het andere Λ ' 3 doorvoerkanaal. Wanneer in de onderhavige aanvrage wordt gesproken over de (oppervlakte)verhoudingen van uiteinden dan dienen deze te worden berekend op de plaats waar beide uitvoer kanalen nog aanwezig zijn, dus ter hoogte van het kortste 5 uiteinde.

Bij voorkeur is Ri gelegen tussen 2,5 en 25 en Rn gelegen tussen 10 en 70, en met meer voorkeur tussen 7,5 en 15 respectievelijk 30 en 50.

Volgens een voorkeursuitvoering is het eerste door-10 voerkanaal op de binnenwand ervan tussen de verbreding en het eerste uiteinde van het tweede toevoerkanaal voorzien van een verjonging, waarbij de verhouding Rui van i) de doorstroomba-re oppervlakte van het eerste doorvoerkanaal en ii) de door-stroombare oppervlakte van het tweede doorvoerkanaal ter 15 hoogte van de verjonging kleiner is dan de verhouding Ri van i) de doorstroombare oppervlakte van het eerste doorvoerkanaal en ii) de doorstroombare oppervlakte van het tweede * doorvoerkanaal aan de verbrandingszijde.

De verjonging draagt ertoe bij dat de vlam niet via 20 het eerste toevoerkanaal in de brander kan dringen.

Bij voorkeur is Rm gelegen tussen 1,3 en 3 en Ri gelegen tussen 2,5 en 25, en met meer voorkeur tussen 1,4 en 1,7 respectievelijk 7,5 en 15.

Bij voorkeur is de verjonging voorzien van toevoer-25 openingen voor het toevoeren van een gas.

Hierbij wordt in het bijzonder gedacht aan een inert gas of in hoofdzaak inert gas, in het bijzonder bij de verbranding vrijgekomen rookgas. Hiermee kan de vlamtemperatuur tot een gewenste waarde worden verlaagd, hetgeen de uitstoot 30 van stikstofoxiden verder beperkt. De toevoeropeningen bevinden zich bij voorkeur iets stroomafwaarts ten opzichte van het nauwste deel van de verjonging.

De onderhavige uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een teke-35 ning, waarin

Fig. 1 een brander volgens de uitvinding weergeeft; en

Fig. 2 een alternatieve uitvoeringsvorm van een 1023439 brander volgens de uitvinding weergeeft.

Figuur 1 toont een brander 1 volgens de uitvinding I met een doorvoerkanaal 2 voor een lucht-brandstofmengsel A.

I Het doorvoerkanaal 2 bezit een eerste, naar de toevoerzij de I 5 voor lucht-brandstofmengsel A gekeerd uiteinde 3 en een twee- I de uiteinde 4 aan een zijde, de verbrandingszijde, waar het I lucht-brandstofmengsel A kan worden verbrand. Het doorvoerka- I naai verbindt de toevoerzijde met de verbrandingszijde. In I het doorvoerkanaal 2 bevindt zich een tweede doorvoerkanaal I 10 5. Ook dit tweede doorvoerkanaal 5 bezit een eerste uiteinde I 6 en een tweede uiteinde 7. Volgens de uitvinding is het I tweede doorvoerkanaal 5 aan het tweede uiteinde 7 taps- I uitlopend verbreed. De verbreding kan elke vorm hebben, zoals I stapsgewijs of kegelvormig, doch heeft bij voorkeur een kelk- 15 vorm, zoals afgebeeld. De verbreding bevindt zich in het I doorvoerkanaal 2. In de weergegeven uitvoeringsvorm bevindt I het tweede uiteinde 7 van het tweede doorvoerkanaal 5 zich I binnen het eerste doorvoerkanaal 2, doch dit is niet ver- plicht, zolang als de verbreding zich maar binnen het eerste I 20 doorvoerkanaal 2 bevindt.

I De brander 1 van figuur 1 is met voordeel voorzien van een verjonging 8 in het eerste doorvoerkanaal 5. Deze I verjonging bevindt zich bij voorkeur tussen de verbreding van het tweede doorvoerkanaal 5 en het eerste uiteinde van het I 25 tweede doorvoerkanaal 5. De verjonging 8 is bij voorkeur I voorzien van toevoeropeningen 9 via welke zich een deel van I rookgas B, afkomstig van de verbranding van lucht-gasmengsel A aan de verbrandingszijde, bij het lucht-gasmengsel A in het I doorvoerkanaal 2 kan worden gemengd. Aldus kan de concentra- 30 tie stikstofoxiden in het rookgas B worden verlaagd tot ruim I beneden 10 dpm.

I In figuur 1 zijn middels onderbroken lijnen, aange- I duid met Romeinse cijfers, doorsneden aangeduid welke hier- voor zijn gebruikt voor de definitie van Ri, Ru, en Rui.

I 35 In figuur 1 zijn snelheden V getoond voor het eerste I en het tweede doorvoerkanalen 2, 5 op verschillende plaatsen I over de lengte van de brander 1 en vergeleken met andere I snelheden binnen een doorvoerkanaal 2, 5.

\ * 5

Figuur 2 toont een alternatieve brander 1, waarbij diverse verwijzingscijfers uiteraard betrekking hebben op de bij figuur 1 besproken aangelegenheden. Echter, figuur 2 toont een kegelvormige verbreding van het tweede doorvoerka-5 naai 5. Verder zijn tussen de binnenwand van doorvoerkanaal 2 en de buitenwand van het tweede doorvoerkanaal 5 vinnen 10 voorzien voor het vermijden van turbulentie in het luchtgasmengel A. Daartoe zijn de vinnen 10 parallel met de hartlijn van het doorvoerkanaal 2 geplaatst. Ofschoon bijvoor-10 beeld tangentiale plaatsing mogelijk is, geniet radiale plaatsing de voorkeur.

1 iJ >’313.Q

Claims

1. Brander welke een doorvoerkanaal voor een lucht- I brandstofmengsel omvat, welk doorvoerkanaal aan een toevoer- I zijde een eerste uiteinde bezit voor het toevoeren van een I lucht-brandstofmengsel en aan een verbrandingszijde een twee- I 5 de uiteinde bezit alwaar het lucht-brandstofmengsel kan wor- den verbrand, waarbij het doorvoerkanaal de toevoerzijde met I de verbrandingszijde verbindt, en in het doorvoerkanaal mid- I delen zijn aangebracht voor het verhinderen van het binnen- I dringen van een vlam in het doorvoerkanaal, met het kenmerk, 10 dat de middelen worden gevormd door een zich in het genoemde I doorvoerkanaal bevindend tweede doorvoerkanaal met een eer- I ste, naar de toevoerzijde gekeerde uiteinde, en een tweede I naar de verbrandingszijde gekeerd uiteinde, waarbij het uit- einde aan de tweede zijde naar de verbrandingszijde toe taps- I 15 uitlopend is verbreed, waarbij de verbreding zich ten minste I deels in het doorvoerkanaal bevindt.

2. Brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat I het tweede uiteinde van het tweede doorvoerkanaal uitmondt I ter hoogte van het tweede uiteinde van het eerste doorvoerka- I 20 naai.

3. Brander volgens conclusie 1 of 2, met het ken- I merk, dat de verhouding Ri van i) de doorstroombare oppervlak- I te van het eerste doorvoerkanaal en ii) de doorstroombare op- I pervlakte van het tweede doorvoerkanaal aan de verbrandings- I 25 zijde kleiner is dan de verhouding Rn van i) de doorstroomba- I re oppervlakte van het eerste doorvoerkanaal en ii) de door- stroombare oppervlakte van het tweede doorvoerkanaal aan de W toevoerzijde. Λ

4. Brander volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat I 30 Ri bij voorkeur is gelegen tussen 2,5 en 25 en Rn gelegen I tussen 10 en 70, en met meer voorkeur tussen 7,5 en 15 res- I pectievelijk 30 en 50.

5. Brander volgens een der voorgaande conclusies, I met het kenmerk, dat het eerste doorvoerkanaal op de binnen- I 35 wand ervan tussen de verbreding en het eerste uiteinde van » het tweede toevoerkanaal is voorzien van een verjonging, waarbij de verhouding Riv van i) de doorstroombare oppervlakte van het eerste doorvoerkanaal en ii) de doorstroombare oppervlakte van het tweede doorvoerkanaal ter hoogte van de ver-5 jonging kleiner is dan de verhouding Rχ van i) de doorstroombare oppervlakte van het eerste doorvoerkanaal en ii) de doorstroombare oppervlakte van het tweede doorvoerkanaal aan de verbrandingszijde.

6. Brander volgens conclusie 5, met het kenmerk/ dat 10 Rui bij voorkeur is gelegen tussen 1,3 en 3 en Ri gelegen tussen 2,5 en 25/ en met meer voorkeur tussen 1,4 en 1,7 respectievelijk 7,5 en 15.

7. Brander volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk/ dat de verjonging is voorzien van toevoeropeningen voor 15 het toevoeren van een gas.