NL7906326A - Werkwijze voor het verbranden van een vloeibare brand- stof in een inrichting met tenminste een verstuiver, alsmede inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. - Google Patents

Description

t < 793389/^athol

Aanvraagster: Oertli AG te Dübendorf, Zwitserland.

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verbranden van een vloeibare brandstof in een inrichting met tenminste èèn verstuiver, alsmede inrichting voor het uitvoeren 5 van de werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verbranden van een vloeibare brandstof in een inrichting met tenminste èèn verstuiver onder toepassing van verbrandingslucht uit een 10 lagedrukventilator, alsmede op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze met een centrifugaal verstuivingsmondstuk, een na het mondstuk geschakelde vlamhouder, alsmede een toevoerbuis voor de verbrandingslucht, in welke buis het mondstuk coaxiaal is aangebrachl.

Ih verband met energiebesparing, bescherming van de omge-15 ving tegen rookgassen en tegen lawaai, streeft men in de vakwereld er naar zodanige werkwijzen en inrichtingen tet stand te brengen, waarbij een zoveel mogelijk volledige verbranding van de brandstof optreedt met het beste rendement van de verbranding mede in thermisch opzicht* Ook wordt zo min mogelijk verspreiding van lawaai 20 nagestreefd·

Zoals bekend worden oliebranders in het gebied van 1 tot 1000 kg/uur overwegend volgens het principe van drukverstuiving gebouwd.

Hierbij wordt de stookolie onder betrekkelijk hoge druk 25 verstoven, waarbij de uit het mondstuk tredende olienevel door een verzameling van druppels van verschillende grootte en verdeling wordt gekenmerkt*

Een goede menging van de druppels met verbrandingslucht en daarmede de waarborg, dat het zuurstof aanbod in overeenkomst is met 30 de brandstofverdeling, is voor de er op volgende verbranding en de kwaliteit daarvan beslissend.

Volgens de huidige stand van de techniek wordt deze meng-selvorming in zogenaamde menginridhtingen ingeleid en in de vuur-ruimten van de warmteproducent (ketel) voorgezet en beëindigd. In 35 het algemeen zijn de menginrichtingen zodanig geconstrueerd, dat het 790 6 3 26 s> - 2 - mengen direct achter het verstuivingsmondstuk in het vlak van een zogenaamde vlamhouder begint, waarbij de verbrandingslucht in de regel met een betrekkelijk grote impuls door een branderbuis in de sproeikegel van de brandstofstroom wordt geleid* 5 Partieel verlopen mengen en verbranden in de tijd na elkaar.

Gezien over de totale dwarsdoorsnede en de stroombaan verlopen beide gebeurtenissen tegelijkertijd. Mengen en verbranden beïnvloeden elkaar wederzijds en worden in sterke-mate door de geometrie en thermodynamische omstandigheden bepaald* 10 Zoals reeds gezegd begint de vorming van het mengsel met het tot stand komen van een olienevel, waarbij de mengkwaliteit afhangt van de fijnheid en de gelijkmatige verdeling van de druppels over de dwarsdoorsnede van het mengsel.

Het is bekend, dat gebruikelijke mondstukken van gelijke 15 grootte zeer verschillende spectra van druppelgrootte en verdeling over de straaldoorsnede hebben, hetgeen tot onvoldoende verbranding of tot het nemen van maatregelen leidt, zoals verhoging van de luchtimpuls en/of verhoging van de overmaat lucht* De negatieve bijwerkingen betekenen grotere warmteverliezen door grotere volumina van 20 stookgasstromen, de vorming van randnevelvelden van de brandstof aan de vlamwortel en vlambuik, de onderkoeling van de vlamhouder en daarmede hun sterke vervuiling, alsmede een begin van ruisen.

Drukverstuivermondstukken voor olie-hoeveelheden minder dan 2 kg/uur hebben door hun vanzelfsprekend kleine boringen en kanalen 25 een brede verstrooiing van de verstuivingskwaliteit. Deze onzekerheid wordt nog door de gevoeligheid voor vervuiling versterkt. In dit werkgebied laat zich de onvoldoende kwaliteit van de olienevel slechts nog compenseren door verhoging van de lichtimpuls, daar aan de vermindering van de dwarsdoorsnede van de stroom, alsmede de ver-30 hoging van de overmaat lucht, technisch-economisehe grenzen zijn gesteld, Volgens de praktijk kunnen in gebruikelijke menginrichtingen met vlamhouders door grote luchtimpulsstromen goede verbrandings-kwaliteiten worden bereikt.

In de verbrandingstechniek zijn voor verbetering van de 35 verbranding zogenaamde verbrandingshulpmiddelen bekend. Dit zijn 790 6 3 26 * 4 - 3 - geheel of gedeeltelijke bekledingen. Tan de vuurhaard met hittebestendige, keramische materialen en/of huizen uit walshuidvrij staal, welke middelen de vlammen over hun lengte of gedeelte daarvan geheel of gedeeltelijk omsluiten· 5 Verdere maatregelen zijn langere branderbuizen van ver schillende constructies met of zonder keramische bekledingen voor warmte-opzameling en/of ondersteunen van een hercirculatie van verbrandingsgassen.

Een beperking voor de toepassing van de beschreven methoden 10 vormt het feit, dat de bouwer van de branders geen constructieve invloed heeft op de vorm van de vuurhaard in warmtegevende apparatuur.

Dit geldt in het bijzonder voor gebieden met gemiddelde, kleine of zeer kleine capaciteiten.

Nadelen van de beschreven vormgeving van branderbuizen zijn 15 dat de diameter in de regel zo gekozen wordt, dat geen oliedruppels op de wanden konen en ook de buislengten zo gekozen, dat de vlammen zo veel mogelijk over een lang traject worden geleid. Dit leidt tot betrekkelijk grote en lange branderbuizen en daarmede tot een belangrijke lengte tot in de vuurhaard.

20 Maatregelen voor het bereiken van een gecontroleerde her circulatie van verbrandingsgassen zijn betrekkelijk gecompliceerd en maken voor het aanzetten van de branders hulpinrichtingen noodzakelijk, zoals bijvoorbeeld motorisch bestuurde luchtkleppen, daar de voor het verkrijgen van een circulatie noodzakelijke hoge stroomsnel-25 heid van de aandrijfstraal een verzekerde ontsteking bij volle belasting verhindert.

Er is een groot aantal van dergelijke branderinsta|laties bekend, die niet alleen verschillend zijn ontworpen, maar ook volgens verschillende methoden werken. Voor het verbranden van vloeibare 30 brandstoffen is een methode bekend, waarbij stookolie of dieselolie met lucht als volgt wordt verbrand. Met een mechanische verstuiver wordt in een eerste trap de brandstof verstoven, waarna in een tweede trap een verder gasvormig medium tangentiaal wordt toegevoerd en in een derde trap met een coaxiaal gelijkgerichte toevoer van de ver-35 brandingslucht wordt gewerkt.

790 63 26 %· ♦ - 4 -

Bij deze en ook andere installaties is gebleken, dat men deze niet kan gebruiken onder stoechiometrische omstandigheden, zodat bij verbranding van een mengsel brandstof-lucht bij nastreven van stoechiometrische omstandigheden roet wordt gevormd· Deze roetvorming 5 is uiterst nadelig, daar de brandkamer en nageschakelde onderdelen vervuild worden. Hierdoor worden de omstandigheden voor warmteoverdracht zeer gevoelig verslechterde

Yoor het vermijden van ongewenste roetvorming wordt daarom in de regel met overmaat lucht gewerkt en wel zodanig, dat de brand-10 stof wel volledig verbrandt, maar de rookgassen met een hoog zuurstofgehalte wegstromen· Op deze wijze kunnen echter geen optimale rendementen worden bereikt· Overigens is in de praktijk gebleken, dat zelfs met overmaat lucht geen stoechiometrische verbranding plaats vindt, zodat desondanks roetvormingen optreden.

15 In het Duitse octrooischrift 2·511·500 wordt een methode beschreven voor het verbranden van vloeibare brandstoffen, waarbij door verschillende maatregelen het mogelijk is onder stoechiometrische omstandigheden zonder roetvorming te werken en waarbij bovendien zelf bij benedenstoechiometrische omstandigheden, d.w.z. te ge-20 ringe luchthoeveelheid:* geen roet optreedt. Deze voorwaarden moeten ook onder veel verschillende constructieve mogelijkheden vervulbaar zijn. Er wordt volgens het octrooischrift gestreefd naar een stabilisering van de mengstraal door regeling van de stroming en de temperatuur van de straal. Een zodanig gewenste regeling van de· stroming en 25 de temperatuur tracht men te bereiken door de vormgeving van een tussendeel, dat volgt op de verstuivings- en mengzone, waarbij voor een zodanige aegeling van de stroom, zowel een constructie van de stroom als ook een voorafgaande expansie en aansluitende contractie beoogd worden. Men beveelt daarbij constructies aan met een op het 50 verstuivingsmondstuk volgende, zich zeer verbredende diffuseur uit keramisch materiaal, maar ook nageschakelde keramische buizen met constante uitwendige doorsnede of zich vöór het verstuivingsmondstuk vernauwende en vervolgens gelijkblijvende luchttoerbuiaen, dubbel kegelvormige voorgeschakelde elementen met zich eerste vergrotende en 35 vervolgens vernauwende doorsnede of eerst' vernauwende en dan 790 6 3 26 - 5 - vergrotende doorsnede* In het octrooischrift worden ongeveer alle mogelijke vormen beschreven en getoond, die ook maar mogelijk zijn bij deze uitgangsconstructie* Voor de deskundige op dit gebied en vooral op dat van verstuiving, is daarmede, ongeacht of en hoe met deze opstellingen het gestelde probleem al of niet opgelost kan worden, klaarblijkelijk het gehele mogelijke gebied voor dergelijke verbrandingsinstallaties morfologisch vrijwel openbaar gemaakt, Tan belang is intussen, dat in het octrooischrift wordt vastgesteld, dat het op het mondstuk volgende onderdeel, dat de mengruimte begrensd, i uit hitte-opzamelend materiaal bestaat om de vlam te stabiliseren· 3r wordt daarbij gepreciseerd, dat het om keramische onderdelen gaat* Globaal moet volgens het Duitse octrooischrift de constructie van de branderbuis zo gekozen worden, dat de verbrandingslucht in de mengstroom van oliedruppels en toegevoegd medium wordt gebracht, waarbij 5 echter deze branderbuis echter niet zodanig mag zijn, dat oliedruppels zich op de zich vernauwende wanden na de brander afzetten» 3ij proefnemingen is .gebleken gebleken, dat met de in het octrooischrift gegeven uiteenzettingen het gestelde probleem niet t opgelost wordt indien aan de voorwaarde, dat geen oliedruppels zich 20 mogen afzetten op de zich vernauwende wanden, wordt gehandhaafd*

In principe kan worden gezegd, dat de bekende methoden en constructie;\ van verbrandingsinrichtingen zich in hoofdzaak betrekken op die met vermogens van meer dan 2 kg/uur, waarbij de niet-stationaire bedrijfsomstandigheden (startfase) slechts onvoldoende beheerst worden* 25 Dit blijkt in het bijzonder uit de relatief sterke roetvorming bij het in gang zetten van de brander.

Op grond van de kennis met betrekking tot verstuiven van vloeistoffen en van de zich afspelende stromingsverschijnselen in dergelijke branderinstallaties en onder in acht neming van het feit, 50 dat de gastaaiheid bij de bereikte hoge verbrandingstemperaiuren zeer sterk toeneemt en de dichtheid volgens Gay-Lussac met stijgende temperatuur afneemt en op grond van de onaangename praktijkervaring van de roetvorming, in het bijzonder bij niet-continu werkende installaties, heeft de onderhavige uitvinding tot doel een werkwijze te ver-35 schaffen voor het verbranden van vloeibare brandstoffen in kleine 790 6 3 26 - .

- β - hoeveelheden in een inrichting met tenminste èèn verstuiver, waarbij een zoveel mogelijke stoechiometrische COg-verhouding wordt bereikt, geen roetvorming na het uitschakelen van de inrichting optreedt, de brander geruisloos werkt, hetgeen overeenkomstig geringe luchtsnel-5 heid en gassnelheden als voorwaarde stelt en dat de verbrandingsgassen vrijwel geen koolwaterstofverbindingen bevatten, waarbij deze voorwaarden in een groot gebied van de hoeveelheid overmaat lucht onafhankelijk zijn, dus in het bijzonder bij zuurstofgehalten in de uitgaande lucht of de verbrandingsgassen tussen ongeveer 2 en onge-10 veer 9 mol.$ gewaarborgd moeten worden.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat men 20-40 gew.$ van de totale verstoven brandstof op een thermisch ontkoppelde warmtegeleider opvangt, daar verdampt en met verbrandingslucht mengt en verbrandt, een en ander zodanig, dat de onder-15 delen van de verbrandingsinrichting na het stopzetten vrij van roet zijn en het zuurstofgehalte van de rookgassen beneden 10,1 mol.^ö ligt De inrichting volgens de uitvinding voor het uitvoeren van de werkwijze heeft hef kenmerk, dat een thermisch ontkoppelde buisvormige warmtegeleider aanwezig is, waarvan de stromingsdwarsdoor-20 snede in de hoofdzone van aehter naar voren in de stromingsrichting toeneemt en welke warmtegeleider als brandstofverdamper werkt bij het in bedrijf zijn van de inrichting.

In tegenstelling met het algemeen nagestreefde verhinderen van neerslaan van verstoven brandstof op wanden van de mengselgelei-25 ding, zoals uitdrukkelijk wordt vereist volgens het Duitse octrooi-schrift 2.511*500, wordt volgens de uitvinding er voor gezorgd, dat de brandstofdeeltjes de mogelijkheid krijgen van een onmiddellijke aansluitende verdamping, aangezien het niet mogelijk is de aanraking van wanden door deeltjes van vloeibare brandstof te verhinderen.

30 Daarvoor is de aanwezigheid van een thermisch ontkoppelde warmtegeleider nodig, die als autothermoverdamper werkt, autotherm omdat de aanvangfase van een inrichting volgens de uitvinding zonder toevoer van vreemde energie verloopt, d.w.z. door middel van uit de vlam zelf genomen verdampingsenergie.

35 Ter toelichting van de uitvinding volgt hier een 790 6 3 26 - 7 - .♦ · beschrijving aan de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorbeeld enige uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding zijn weergegeven.

In de tekening toont» 5 fig. 1 een langsdoorsnede van éen brandersamenstel met een drukverstuivingsmondstuk, dat een holle kegel geeft, een voorgeschakelde vlamhouder en een venturiachtige, thermisch ontkoppelde warmtegeleider voor de verdamping van de brandstof, fig. 2 een warmtegeleider van het samenstel volgens fig. 1 10 met een trapsgewijs uitgevoerd inwendig oppervlak van de warmtegeleider, fig. 3 een warmtegeleider in langsdoorsnede van het samenstel volgens fig. 1 met een reeks luchttoevoeropeningen langs de omtrek, 15 I fig. 4 een vooraanzicht van de warmtegeleider volgens fig.5: j fig. 5 een variant analoog aan fig. 1 in langsdoorsnede met I een zaagtandvormige constructie aan het inwendige oppervlak van de l warmtegeleider, i · fig. 6 een vooraanzicht van de warmtegeleider volgens fig*5: 20 fig. 7 een tweede variant in langsdoorsnede van de uitvoe ringsvorm van fig. 5» fig. 8 een vooraanzicht van de warmtegeleider van fig. 7» fig. 9 een variant van de uitvoeringsvorm van fig. 1 met aan de uitgang van de warmtegeleider een door ribben bevestigde 25 stootplaat, fig. 10 een gedeeltelijk vooraanzicht van de warmtegeleider volgens fig. 9» fig. 11 een geheel schematische weergave in langsdoorsnede van de in de inrichting optredende stromingsvormen, 50 fig. 12 een grafiek voor het weergeven van de verbranding van een vloeibare brandstof met opgaven van roetafscheiding of van die van koolwaterstofverbindingen als funktie van het volumepercen-tage zuurstof in de rookgassen met of zonder een thermisch ontkoppelde warmtegeleider als verdamper, 55 In fig. 1 is een verbrandingsinrichting 1 in langsdoorsnede 790 63 26 - 8 - w +- weergegeven, waarin een mondstukhouder 3 met een centrifugaal ver-stuivingsmondstuk 4 aanwezig is. Het mondstuk 4 geeft een holle ver-stuivingskegel, die in de vorm van een mengsel 6 van druppels zichtbaar is.

5 Met gelijke hartlijn is een branderbuis 8 aangebracht om de houder 3 en het mondstuk 4« Door de buis 8 stroomt de totale hoeveelheid verbrandingslucht. Op de buis 8 is een verdamperelement 10 aangesloten, dat een convergent beginstuk 12 heeft met daarop aansluitend een diffuseur 13. De ringvormige wand van de diffuseur 13 is 10 van boringen 15 voorzien. Het element 10 is omgeven door een buis 16 en is door middel van twee isolerende ringen 18 en 19 thermisch zodanig ontkoppeld, dat in het element 10 ingevoerde warmte-energie niet door de metalen delen, zoals buis 8 en de buis 16 kan wegstro-men. Tussen het element 10 en de buis 16 wordt een ringvormige ruimte 15 21 gevormd. Direct na het mondstuk 4 bevindt zich een vlamhouder 22, waarvan de bedem 23 van doorgangen is voorzien, zoals dit bij brander installaties bekend is. De door de buis 8 toestromende verbrandingslucht komt voor een deel door de van doorgangen voorziene bodem 23 tot het mengsel van druppels en gaat naar een deel door een ring-20 vormig luchtkanaal 25· Het kanaal 25 wordt aan de buitenkant door het vooreinde van de buis 8 en het achtergedeelte van het element 10, inclusief de isolatiering 18, begrensd en aan de binnenkant door de vlamhouder 22. Door het voorste imaginaire afsluitvlak stroomt de totale verbrandingslucht met de gehele hoeveelheid brandstof. Schema-25 tiseh is in de figuur een vlammenkegel 26 aan gegeven, alsmede de buitenste mantellijnen 28 en de binnenste 30* Als voortzetting van de vlammenkegel 26 is de vlam 32 gestileerd weergegeven.

Bij het in bedrijf zijn van de branderinstallatie, zoals die bij wijze van voorbeeld in fig. 1 is weergegeven, heeft men het 30 volgende verloop.

Bij het in bedrijf nemen, levert de ventilator de verbrandingslucht, die door de buis 8 stroomt. Een deel gaat door de doorgangen van de bodem 23 in de vlammenhouder 22, terwijl de rest van de lucht om de houder 22 stroomt. Beide stromen verenigen zich. De in-35 richting voor de ontsteking (niet weergegeven) is eveneens in bedrijf 790 6 3 26 - 9 ~ r *

Vervolgens wordt de brandstof toegevoerd en in het mondstuk 4 verstoven· Vóór het uittreden van het mengsel van druppels wordt dit met perslucht gemengd· Overeenkomstig de constructie van het mondstuk kan zoals in fig. 1 wordt getoond, het mengsel een holle kegel vormen· 5 Het mengsel wordt ontstoken buiten het mondstuk en er vormt zich een vlamkegel 26. Als gevolg van de lage vormweerstandscoëfficient van de grotere druppels bevinden deze zich in het bijzonder in het buitenste deel van de kegelmantel en geraken daarom na doorstoten van het overeenkomstige mengsel van druppels, lucht en vlam op het door de vlam 10 zeer snel verhitte element 10· De druppels zetten er zich op af en verdampen· Het element 10 heeft een zodanige lengte H, dat de binnenste druppels overeenkomstig de holle kegel 6 nog op het element 10 kunnen komen, maar in het algemeen is dit niet het geval daar die fijne druppels tevoren verbranden. Door de achterste krans van openirt-15 gen 15 komt verbrandingslucht ook in de ruimte 21 en gaat daarna door de kransen van de openingen 15 in ie diffuseur en aan het in de zone nabij de wand van het element 10 aanwezige mengsel de voor verbranding benodigde zuurstof levert· Er ontstaat ongeveer een vlam 52 in de aangegeven vorm* 3ij deze branderopstelling is het essentieel, 20 dat na het instellen van de inrichting geen enkel spoor van roet op enigerlei onderdeel te vinden is, in het bijzonder niet op het element 10· Dit element is zo geconstrueerd, dat de afstand h van de opening van het mondstuk 4 tot het dichtsbijliggende aanrakingspunt van de buitenste mantellijn 28 van de brandstofkegel in de orde van 25 grootte gelijk is aan de diffuseurlengte H van het element 10· In het beschreven geval is de verhouding Ξ : h— 1,25. 3ij de evereenkom-stige vlakdoorsneden f en F is de verhouding P i f'*' 2 t 1. De verhouding H ï h kan ook ~ 1 zijn·

Aangezien het element 10 thermisch gescheiden is van de an-30 dere delen door de isolatieringen 18 en 19» blijft de warmte, die aan het element 10 door de vlam wordt overgedragen, in dit element en kan niet in de overige metalen delen stromen. Het element 10 wordt daarom zeer snel verhit en houdt zijn tempetatuur vrijwel in stand· Men ondervindt door de verdamping van de neergeslagen oliedruppels geen 35 afkoeling, zodat deze verdamping intensief doorgaat. Eet element 10 790 6 3 26 ι Ψ . » -10 - is met betrekking tot zijn materiaal zodanig gevormd, dat de zones het dichtst nabij het mondstuk meer materiaal hebben en daardoor een grotere warmtecapaciteit dan hwt voorste einde van het element. Een thermische ontkoppeling van het element 10 vindt ook verder plaats 5 door de beschermende werking van de buis lé door de ringvormige ruimte 21 en voor een bepaald deel ook door de buis 8e

Het materiaal, bij voorkeur siliciumnitride, maar ook alu-miniumtitanaat of glas, van het element 10 heeft een bepaalde poreusheid, waardoor de bevochtigingseigenschap door de aan het oppervlak 10 tot werking komende capillaire krachten wordt verbeterd. Hierdoor wordt ook gewaarborgd, dat de er op komende vloeistofdruppels aan het relatief hete oppervlak van het element 10 vervloeien en niet in de vorm van met stroomomhulde bolletjes terugstuiten en in de vuurhaard geslingerd worden.

15 De in fig. 2 weergegeven inrichting 55 is in hoofdzaak ge lijk opgebouwd als die van fig. 1. Alleen het verdampingsdeel 37 heeft inwendig trappen 38 e» uitwendig trappen 39· Men heeft hier verder een uitwendige afdichtingsflens 41·

Door de getrapte constructie wordt het actieve oppervlak 20 voor de verbranding vergroot en tegelijkertijd de wervelvorming voor het verbeteren van het mengsel bevorderd.

De constructie volgens fig. 3 en 4 toont een verdampings-element 10, dat uit vier gelijke delen bestaat, die door de buis lé radiaal en de buizen 8 en 16 axiaal worden gehouden. De verdeling van 25 de boringen 15 is ongeveer aangegeven. De sectoren zijn met 43-46 aangeduid.

In de uitvoeringsvorm volgens fig. 5 en 6 heeft men een verdamperelement 50 met een convergerend ingangsgedeelte 51 en een diffuseur 52. De getande binnenwand van de diffuseur maakt een wezen-30 lijke vergroting van het actieve oppervlak bij gelijke basisdiameter van het element 50.

In de figuren 7 en 8 wordt een verdere mogelijkheid van de constructie van een verdamperelement 57 weergegeven. Het element kan zijn voorzien van ribben 58 met meer tandvormige doorsnede of van 35 ronde ribben 59» zoals fig. 8 toont. Ook deze constructie heeft 790 63 26 -11 - relatief tan opzichte van de diameter een groot inwendig verdamper-oppervlak. 7oor het overige is de inrichting gelijk op gebouwd als die van de uitvoeringsvormen van fig· 1, 2 en 5 en functioneert op dezelfde wijze.

5 Bij de uitvoeringsvormen van fig. 9 en 10 is het verdamper- element 62 via ribben 63 voorzien van een stootplaatje 64· Dit plaatje dient voor de verkorting van de vlam* Voor het overige werkt deze variant in bedrijf gelijk aan de voorgaande constructies.

De zuiver schematische figuur 11 toont een deel van een 10 branderbuis 70, een vlamhouder 71 net een vlamkegel 72, alsmede een vlamlichaam 74 met een vlambuik 75* Nabij de buik 75 zijn rondwerve-lingen 77 aangegeven. In normaal bedrijf verkrijgt men ongeveer dit beeld in inrichtingen van de boven beschreven figuren.

In het diagram van fig. 12 zijn resultaten van proefreeksen 15 met inrichtingen volgens de uitvinding weergegeven. Daarbij werden vergelijkingsmetingen met en zonder verdamperelement uitgevoerd. De beide werkgebieden zijn aangegeven me'f I voor het geval van geen ver-j damper en met II voordat met verdamper. Dit deze proeven blijkt, dat het overtollige zuurstofgehalte in de zone van ongeveer 2 tot niet 20 geheel 9 vo 1*$ in het afgas een volledig roetvrije en een koolwater-stofgasvrije bedrijfsvoering mogelijk maakt in tegenstelling met het werken zonder verdamper, waarbij deze voorwaarde slechts bij een zuurstofgehalte van 6$ wordt bereikt, terwijl in normaal werkgebied een zekere, hoewel ook geringe roethoeveelheid ontstaat. Buiten dit 25 zuurstofgehalte nemen in het onderste gebied de roetgetallen zeer steil toe, terwijl in het bovenste gebied de koolwaterstofhoeveelheden in de rookgassen toenemen. Hieruit blijken grote voordelen en de zeer grote werking met betrekking tot bescherming van de omgeving tegen vervuiling en verbrandingsrendement, bereikt met de beschreven 30 inrichtingen duidelijk.

Het op het oppervlak van een verdamperelement komende brandstofaandeel moet tenminste 20$, echter niet meer dan 40$ van de totale doorgevoerde hoeveelheid bedragen. Met de maximale begrenzing is gewaarborgd, dat de verbranding bij koud aanzetten niet met te 35 hoge luchtovermaat verloopt en daarmede koolwaterstoffen in het 790 63 26 - 12- rookgas aanwijsbaar worden*

Natuurlijk zullen de op de rand van de sproeikegel liggende druppels door hun relatief hoge kinetische energie door de lucht- of gasstroom heenslaan en de verdamperwand treffen· 5 Deze druppels zijn bij toepassing van gebruikelijke meng- inrichtingen voor het tot stand komen van randnevelvelden van de brandstof aan de wortel van de vlam of aan de vlambuik verantwoordelijk (fig. 11).

De fijne en fijnste druppels van het geheel van druppels 10 vermengen zich direct achter de vlamhouder met de lucht en reageren met de zuurstof, waarbij het verder verbranden op de weg door het verdamperdeel geschiedt. De vrijkomende warmte wordt voor een deel door straling en convectie aan de wand overgedragen, waarbij de wand tot boven 500°C wordt verhit.

15 Aan de vlamhouder ontstaat een lichtende vlamkegel, die direct na het in bedrijf nemen het licht nodig voor het belichten van een normale foto-elektrische vlambewaking levert.

De stabiliteit van de vlamkegel wordt door de maximaal mogelijke luchtimpulsstroom verzekerd. Hiertoe wordt in tegenstelling 20 met de bekende oplossingen, de totale verbrandingslucht eerst door het mengvlak A-A geleid.

Het verdamperoppervlak wordt in de hoofdrichting van de brandstofstroom verschillend belast. De belasting neemt af met toenemende afstand van het mondstuk, terwijl de wandtemperatuur van het 25 verdamperelement toeneemt.

Het verdamperelement is zodanig gevormd, dat voldoende warmte door toevoer in het gebied van het oppervlak met de grotere brandstofmassastroomdichten stroomt. Daarbij worden de contact plaatsen van het element met de steun- en beschermingselementen 30 thermisch ontkoppeld.

Yoor het zonder aanslag verdampen van de brandstof is behalve een voldoende hoge temperatuur een voldoend toereikende zuur-stofconcentratie in de nabijheid van de wand nodig.

Dit wordt met de constructie van het verdamperdeel verze-35 kerd doordat de verbrandingslucht na het komen uit het mengvlak A-A

790 6 3 26 — 13 — door de buitenste wand van de vlamhouder over en/of door de binnenwand van het verdamperelement wordt geleid· Hierbij mengt zich de voorbij stromende lucht de gassen van de brandstof en in hoofdzaak zijn dit gassen van laagkokende fracties· Sen deel van de lucht zuur-5 stof reageert met de hoger kokende fracties aan het oppervlak van het verdamperelement·

Bij proefnemingen is gebleken, dat ook die brandstofdelen verdampen of met de zuurstof reageren die enige miilimeter diep in de fijne poriën van het wandmateriaal waren gedrongen· Deze waarneming 10 Van worden vergeleken met de poriëndiffusie van zuurstof in poreuze vaste brandstoffen·

Bij luchtimpulsstromen van bijvoorbeeld 0,2 m.kg/s2 voor een brandstofdoorvoer van 1 kg/uur en grotere stromen in goed geleide verbrandingen kan geen roet worden gevonden bij rookgas met 13 vol.p 15 00_· Het verkrijgen van een lucht impuls stro om van « 0,2 m.kg/32 vereist een vri^e stroomdoorsnede van S ml.» » 0,8l5ol0~4 m2 j* j ae«sas«sssssss

Deze doorsnede is in wezen kleiner dan van de vereiste middenopening 20 van een gebruikelijke vlamhouder· d , * 16 mm —? S, » 2«10 4 ma jniH aamaiaases

Door de aanvullend vereiste stroomdwarsdoorsnede voor de omstroming en doorstroming ran de vlamhouder, alsmede voor het waarborgen van de verlichting van een in de stroomrichting gezien vóór 25 de houder liggende fotocel van de vlambewaking, liggen de effectieve luchtimpulsstromen in het vermogensgebied beneden 2 kg/uur ver onder 0,2 m.kg/s2, hetgeen voor een deel de onzekere verbrandingswaarden in dit gebied verklaart* ÏÏit deze beschouwingen blijkt, dat bij de waargenomen 30 kleine vermogens de dwarsdoorsneden van de doorstroming te klein werden, zodat in bedrijf onregelmatigheden optraden· Deze moeten daarom groter uitgevoerd worden, hetgeen echter andere bedrijfsomstandigheden dan bij grotere vermogens schept en daarmede nieuwe problemen stelt· 55 Door optimalisering van het verdamperelement 790 6 3 26 I ( - 14- waarbij in de waarde 7 eventueke ribben van de verdamper in aanmerking worden genomen.

In de vergelijking betekenen: 0 soortelijke warmtecapaciteit van het materiaal 5 j dichtheid van het materiaal ^ warmtegeleidingsvermogen van het materiaal α warmte-overgangsgetal (wand vlamkern) 1 effectieve lengte van het element verdampervermogen 10 4^ temperatuurverschil - /$£.) na t-* co wandtemperatuur op de plaats van grootste brandstofmassa stroomdichtheid S dwarsdoorsnede vlak van het element.

Met de vastgelegde waarde wordt de tijdconstante sterk 15 door de keuze van de effectieve omtrek IJ, alsmede door beïnvloeding van de warmte-overgang a, tot aan minimum gebracht. De keuze van het materiaal wordt begrensd op grond van sterkte, corrosie en fabricage. Van de drie genoemde materialen (siliciumnitride, alumi-niumtitanaat en glas) is ongetwijfeld siliciumnitride het beste.

20 Behalve de thermische eigenschappen is dit materiaal uitstekend te verwerken, zoals persen, trekken en gieten. Het laat een optimale vormgeving mogelijk.

Het verminderen van de opwarmingstijd van de inwendige effectieve omtrek ïï van het verdamperelement kan worden bereikt door 25 ribben ef profielen aan te brengen.

Verdere maatregelen voor het verkleinen van de opwarmtijd kunnen zijn het trapvormig maken van het oppervlak, hetgeen tot vergroting van de effectieve lengte L onder inaaCitneming van een basislengte· 30 De trapvormige constructie brengen scheidingen in de stro ming in grenslaag tot stand en daarmede een verhoging van de warmteoverdracht a.

Met weinig moeite wordt daardoor onder inachtneming van het toegepaste verbrandingsprincipe, in het bijzonder dat van olieverbran-35 ding via verstuiven onder druk, de kwaliteit van de verbranding zeer 790 6326 * ’ -15- ver onafhankelijk gemaakt van de verstrooiing van de olienevelkwali— telt, alsmede van de geometrie en de thermodynamische omstandigheden van de vuurruimte. Verder wordt roetvorming op voor het functioneren van belangrijke onderdelen, zoals vlamhouder en dergelijke, uitgeslo-5 ten. Men bereikt een goede kwaliteit van de verbranding in het capa-citeitsgebied van beneden 2 kg/uur bij oliedrukken beneden 7 har en gebruikmaking van een gebruikelijke foto-elektrische vlambewaking.

Ook worden door eenvoudige maatregelen de niet-stationaire omstandigheden beheerst.

10 In de zin van de voorgaande uiteenzettingen worden met een aanvullende brandstofverwerking door verdampen van de grote, op de rand van de brandstofkegel liggende druppels aan een vast door een oxydatiemiddel (lucht) over- en/of doorstroomde hete oppervlakken het zonder resten verdampen en oxyderen van de brandstof gewaarborgd.

15 I Door het verzekeren van een stabiele vlamkern of kegel, idie direct na de aanvang tot stand komt en in stand wordt gehouden, wordt de noodzakelijke warmte voor het verhitten van verdamperoppervlakken, alsmede het licht nodig voor een normale fotc-elektrj.sche vlambewaking geleverd, 20 Door de geleiding van de gezamenlijke verbrandingslucht door het mengvlak van een menginrichting met vlamhouder wordt een maximale luchtimpulsstroom verkregen, waarbij eerst na doorgang door het mengvlak de luchtstroom naar gelang van de constructie van de aansluitende verdamperinrichting in afzonderlijke stromen verdeeld.

25 Door de thermische ontkoppeling van een verdamp ere lemen t van zijn steunende elementen wordt het te sterk wegvloeien van warmte verhinderd.

Door optimale geometrische en thermodynamische constructie van het verdamperelement met de eis: 50 1. van een minimale het opwarmen beschrijvende tijdconstante t - E3 a . u . 1 2. van een maximale axiale warmtestroom m.X. S.tanh(m.l)AA^ (wj « 7SÖ6326 t * » —16 - in het verdamp er element, wordt de verdamp ingswarmte aan het oppervlak met de grootste stroomdichtheid van de brandstofmassa verzekerd* » 790 6 3 26

Claims (12)

1. Werkwijze voor het verbranden van vloeibare brandstoffen in een inrichting met tenminste èèn verstuiver met gebruikmaking van verbrandingslucht uit een lagedrukventilator, met het k e n -5 merk, dat men 20 - 40 gew.# van de totale hoeveelheid verstoven brandstof op een thermisch ontkoppelde warmtegeleider opvangt, daar laat verdampen en met verbrandingslucht mengt en verbrandt, een en ander zodanig, dat de onderdelen van de inrichting na het stoppen vrij van roet zijn en het zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen 10 beneden 10,1 vol*# ligt*

2* Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat men de totale hoeveelheid verstoven brandstof met de totale hoeveelheid verbrandingslucht in een gemeenschappelijk vlak (A-Λ) leidt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, 15. dat na het gemeenschappelijke vlak een deel van de lucht wordt afge- | takt en van buiten door de warmtegeleider in de hoofdstroom wordt i j teruggeleid.

|4. Werkwijze volgens èèn van de conclusies 1-3» met het k e n m e r k, dat de verbrandingsgassen met een vrij zuurstofgehalte 20 van ten hoogste 10 vol.#, bij voorkeur tussen 1,8 en 9»5 vol.# en meer in het bijzonder tussen 2,0 en 8,8 vol.#, worden afgevoerd.

5* Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens con clusie 1, welke inrichting is voorzien van een centrifugaalverstui-vingsmondstuk, een na het verstuivingsmondstuk geschakelde vlamhouder, 25 alsmede een huis voor toevoeren van verbrandingslucht, in welke buis het mondstuk coaxiaal is aangebracht, met het kenmerk, dat een thermisch ontkoppelde buisvormige warmtegeleider aanwezig is, waarvan de stromingsdwarsdoorsnede in de hoofdzone (Ξ) in de stro-mingsrichting van achter naar voren toeneemt, waarbij deze warmtege-30 leider tijdens het in bedrijf zijn van de inrichting als verdamper voor de brandstof werkt.

6. Inrichting volgens conclusie 5, a e t het kenmerk, dat de warmtegeleider een in delen trapvormig of een van ribben of tanden voorzien inwendig oppervlak heeft.

7. Inrichting volgens conclusie 5»met het kenmerk 790 63 26 ·» * » *- - 18- dat een stootlichaam aanwezig is voor het verkorten van de vlaau

8. Inrichting volgens conclusie i e t het kenmerk dat de afstand van het mondstuk tot de plaats van aanraking van de mantellijn van de verstuivingskegel gelijk of minder is dan de af- 5 stand van de aanrakingsplaats tot het uittredevlak van de warmtegeleider (h gelijk of minder dan H).

9, . Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk dat h j H-*·* 0,8 i 1,0 is.

10* Inrichting volgens conclusie 5» m e t het kenmerk 10 dat de warmtegeleider uit siliciumnitride bestaat,

11. Inrichting volgens conclude 5» m e t het kenmerk dat de warmtegeleider tenminste gedeeltelijk een capillairwerkende inwendige laag heeft.

12. Inrichting volgens conclusie 5» m e t het kenmerk 15 dat de tijdconstante uiterst gering is, bijvoorbeeld gelijk of minder dan 200 sec., bij voorkeur tot aan 20 sec. 79 0 6 3 26