NL8100727A - Ketel, brander daarvoor en verbrandingswerkwijze. - Google Patents

Description

. P & c *

„ W 5786-1 Ned.dB/LvD

Ketel, brander daarvoor en verbrandingswerkwijze.

Tot nu toe zijn ketels en branders voor het stoken van deze ketels gestookt met een vloeibare en/of gasvormige brandstof, zodanig, dat veel tijd nodig is voor het bereiken van de gewenste werkcyclus van de 5 ketel. Onder werkcyclus wordt hier verstaan het tijdsverloop waarin de brander moet worden gestookt in verhouding tot het tijdsverloop waarin de brander is uitgeschakeld, dienend om een specifieke of gewenste hoeveelheid warmte in joules te bereiken, die nodig is voor het verhitten van het ketelwater en het opwekken van stoom en/of heet water. Als gevolg van 10 deze lange cyclustijd wordt een grote hoeveelheid brandstof verbruikt, telkens wanneer een ketelcyclus moet plaatsvinden. Door de steeds toenemende brandstofkosten worden de bedrijfskosten van deze ketels steeds meer kritisch.

Een ander probleem bij bestaande ketels, in het bijzonder bij 15 oliegestookte ketels, is de ophoping van roet of koolstof, die zich vormt op de wanden van de warmteoverdrachtsvlakken, waardoor het rendement van de ketel ernstig wordt verminderd. Daarom is het bij de bekende oliegestookte ketels vaak nodig deze te reinigen om het maximale bedrijf srendement te handhaven.

20 Gebleken is bij de bekende stookorganen ofwel de beschikbare branders, dat een vrij grote hoeveelheid warmteoverdrachtvlakken nodig is voor het verkrijgen van een bepaalde afgegeven warmtehoeveelheid of een bepaald rendement. Bijvoorbeeld heeft een ketel, ontworpen voor 30 kW, gestookt met bekende olieverstuivingsbranders of gasbranders, ongeveer 2 25 18 tot 37 m warmteoverdrachts-oppervlak nodig. Daarom zijn de investeringskosten van de ketel groter dan nodig is in verband met de hieronder te beschrijven uitvinding.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een compacte combinatie van ketel met brander, waarin de cyclustijd van de eenheid kan 30 worden verminderd tot een minimum teneinde maximale brandstofbesparing te verkrijgen. Een ander doel is het verschaffen van een combinatie van ketel met brander waarin het maximale thermische rendement van de eenheid gedurende de gehele levensduur van de eenheid kan worden gehandhaafd.

Weer een ander doel is het verschaffen van een combinatie van 35 ketel met brander, waarbij een minimale hoeveelheid warmteoverdrachts-vlakken nodig zijn bij elk nominaal afgegeven vermogen van de ketel.

Een compacte, oliegestookte ketel met brander volgens de uitvinding vraagt zeer weinig reiniging van de warmteoverdrachtsvlakken, als deze al nodig is.

40 Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een 8? 00 72 7 - 2 - ? ? verbeterde combinatiebrander, die met gas en/of met olie kan worden gestookt, waarbij de vloeibare brandstof vóór de verbranding wordt vergast.

Bij de brander volgens de uitvinding worden de schadelijke 5 vervuilende stoffen, ontstaan door de verbranding, tot een minimum teruggebracht.

Een verder doel is het verschaffen van een verbeterde olie-vergassingsbrander waarin een hete, lichtgevende vlam en een verbran-dingspatroon met hoge snelheid kan worden bestuurd, zodanig, dat een 10 maximale overdracht plaats vindt van stralingsenergie en geleidingswarmte op een warmteoverdrachtsvlak.

De uitvinding verschaft verder een verbeterde brander, waarin diffuse verbranding kan plaatsvinden van vrije waterstof en koolstof, ontstaan tijdens het verbrandingsproces, waardoor een hete, lichtgevende 15 vlam ontstaat en een hoge verbrandingssnelheid, die nodig zijn voor een maximale warmteoverdracht door straling en geleiding en ook de grootte van het warmteoverdrachtsoppervlak, nodig voor een bepaalde toepassing, tot het minimum kan worden verminderd.

Een verder doel is het verschaffen van een verbeterde ver-20 gassingsbrander voor vloeibare brandstof, waardoor het starttijdsverloop voor het verkrijgen van de aanvankelijke vergassing van de vloeibare brandstof, dat nodig is om de brander in bedrijf te stellen, tot een minimum is verminderd.

De uitvinding omvat ook een verbrandingswerkwijze waarbij 25 vloeibare brandstof wordt vergast en vermengd met lucht voor het vormen van een gasvormig brandbaar brandstof-luchtmengsel, dat daarna onder druk wordt verbrand voor het verschaffen van een zeer hete vlam, waardoor de koolwaterstoffen worden ontleed in hun samenstellende elementen, die daarna worden verbrand door diffusieverbranding door de toevoeging 30_ van een klein percentage lucht.

Een verder doel is het verschaffen van een verbeterde vergas singsbr ander voor vloeibare brandstof, die een vlam geeft met een zeer hoge vlamtemperatuur en met grote snelheid van de gassen, waarbij diffusieverbranding plaatsvindt van vrije waterstof en koolstof met 35 handhaving vein de hoge snelheid.

De voorgaande doeleinden en andere eigenschappen en voordelen volgens de uitvinding worden bereikt met een compacte combinatie van ketel en brander, welke een ketel omvat met een minimum aan warmteover-drachtsvlakken, welke ketel verenigbaar is met een verbeterde brander 40 voor vergassing van vloeibare brandstof, die de cyclustijd van de gehele 8 1 00 72 7 f * - 3 - eenheid vermindert tot een minimum, waardoor een belangrijke brandstof-besparing wordt verkregen. Dit wordt bereikt met een brander, voorzien van een brandermondstuk en een daarmee verbonden mengkamer, waarin verbrandingslucht wordt toegevoerd met hoge snelheid voor het daarin 5 doen ontstaan van een negatieve of lagere druk. Een gasterugvoerpoort is aangebracht nabij de uitlaat van het brandermondstuk, welke poort is verbonden door een terugvoerbuis met de mengkamer. De inrichting is zodanig, dat de stroming van verbrandingslucht door de mengkamer een stroming opwekt van verbrandingsgassen door de gasterugvoerpoort en de 10 daarmee verbonden terugvoerbuis naar de mengkamer. Vloeibare brandstof wordt toegevoerd aan de terugvoerbuis, welke werkt als vergassingskamer, waarin de hete verbrandingsgassen de vergassing.veroorzaken van de vloeibare brandstof voordat deze wordt vermengd met de verbrandingslucht in de mengkamer, waardoor een in hoofdzaak stoechiometrisch homogeen gas-15 lucht brandbaar mengsel wordt gevormd vóór de verbranding.

De ontsteking wordt verkregen met een ontsteker of ontstekings- brander, aangebracht onder een hoek met de hartlijn van het brandermondstuk en gericht naar de gasterugvoerpoort, zodat de verbrandingsgassen van de ontstekingsbrander worden gebruikt voor het inleiden van de vergassing 20 van de vloeibare brandstof,·die wordt toegevoerd in de gasterugvoerbuis.

Voor het doen ontstaan van diffusieverbranding en voor het besturen van het vlampatroon zodanig dat de hoge oppervlaksnelheid wordt behouden, is een reeks poorten aangebracht rondom de uitlaat van het brandermondstuk, die tangentiaal lucht toevoeren rond de brandervlam.

25 De hoeveelheid toegevoerde lucht is minder dan 3% en alleen maar voldoende om diffusieverbranding te verkrijgen van de vrije waterstof en koolstof in de vlam, waardoor een zeer hete, lichtgevende vlam ontstaat, die de overdracht door straling en geleiding van de opgewekte warmte naar de warmteoverdrachtsvlakken van de ketel optimaal maakt. De lucht voor deze 30 vlambesturing wordt afgetapt van de hoofdluchtvoorraad die wordt gebruikt voor de verbranding.

De brander is ook voorzien van een inlaat voor gasvormige brandstof, voor het toevoeren van aardgas of dergelijk gas aan de mengkamer wanneer men de brander wenst te laten werken op gas vormige brandstof.

35 In combinatie met een- ketel is het brandermondstuk afgedicht aangebracht in de vuurbuis of verbrandingskamer van de ketel. Verder heeft de ketel warmteoverdrachtsvlakken welke een meervoudige stroombaan bepalen voor de hete verbrandingsgassen voor het optimaal maken van de warmteoverdracht, aanvankelijk zowel door stralingsoverdracht als geleidingsover-40 dracht en later alleen door geleidingsoverdracht.

81 00 72 7 ί ï - 4 -

Een kenmerk van de uitvinding is dat een brander-ketel combinatie wordt verschaft met een vergassingsbrander voor de vloeibare brandstof, met een zodanige vlamsnelheid en besturing van diffusieverbranding, dat een zeer hete lichtgevende vlam ontstaat, die een optimale warmte-5 overdracht op de warmteoverdrachtsvlakken van de ketels heeft.

Een ander kenmerk is, dat de verhouding van de ketelverwarmings-vlakken tot de door de brander afgegeven warmte tot een minimum is verminderd, waardoor een minimale cyclustijd ontstaat voor een bepaalde ketel-afmeting of nominaal vermogen daarvan.

IQ De vergassingsbrander heeft een ontstekingsbrander, aangebracht op een lijn met een gasterugvoerpoort, voor het versterken van de aanvankelijke vergassing van de vloeibare brandstof.

De brander heeft een aantal poorten, verdeeld rondom de uitlaat van het brandermondstuk, voor de toevoer van tangentiale lucht rondom de 1^ brandervlam voor het besturen van het vlammenpatroon en het doen ontstaan van diffusieverbranding van de vrije waterstof en koolstof, waardoor een intense lichtgevende vlam ontstaat en de warmteoverdracht door straling en geleiding optimaal wordt.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan dehand 20 van de tekening, waarin enige uitvoeringsvoorbeelden van brander en ketel volgens de uitvinding zijn weergegeven.

Fig. 1 is een langsdoorsnede door een brander, volgens 1-1 van fig. 2.

Fig. 2 is een vooraanzicht van de brander van fig. 1.

25 Fig. 3 is een achteraanzicht van de brander van fig. 1.

Fig. 4 is een langsdoorsnede door een ketel, te gebruiken bij de brander volgens fig. 1 tot 3, waarvan de eindwand is verwijderd.

Fig. 5 is een aanzicht van links in fig. 4 van de ketel, met de eindwand ter plaatse verwijderd- 30 Fig. 6 is een langsdoorsnede door de combinatie van ketel met brander.

Fig. 7 toont een gedeeltelijk bovenaanzicht van de brander.

Fig. 8 is een langsdoorsnede door een variant van de ketel-brandercombinatie.

35 De brander 10 volgens fig. 1 tot 3 kan in het algemeen worden gebruikt voor verschillende toepassingen waarbij verwarming nodig is.

De brander 10 is echter in het bijzonder bestemd voor het stoken van een ketel.

De brander 10 heeft, een brandermondstuk 11 dat in de weergege-40 ven uitvoeringsvorm is vervaardigd als een keramisch blok met een boring 8100727 * « - 5 - of kamer 12, die divergeert van zijn inlaateinde 12A naar zijn uitlaat-einde 12B. Het brandermondstuk 11 is op geschikte wijze verbonden met een montageplaat'of flens 13. Met het inlaateinde 12A van het mondstuk is een mengkameronderdeel 14 verbonden, waaraan verbrandingslucht wordt 5 toegevoerd door middel van een luchtmondstuk 15. De luchtleiding 16A , verbonden met dit luchtmondstuk 15, is verbonden met de uitlaat van een niet weergegeven ventilator. Een geschikte klep 16B is aangebracht in de luchtleiding 16A voor het besturen van de stroming van de verbrandingslucht. Zoals weergegeven is het luchtmondstuk axiaal op een lijn aange-10 bracht met het inlaateinde 12A van het brandermondstuk 12, waarbij de inrichting zodanig is, dat wanneer verbrandingslucht wordt toegevoerd aan de mengkamer, de snelheid van deze lucht door de kamer een gebied doet ontstaan met een negatieve of lagere druk.

Nabij het uitlaateinde 12B van de brander is een gasterugvoer-15 poort 16 aangebracht. Met deze poort is een terugvoer leiding 17 verbonden, die de gaspoort in verbinding brengt met de mengkamer 14. De inrichting is daarbij zodanig, dat wanneer de brander 10 werkt, de stroom verbrandingslucht door de mengkamer 14 een stroming veroorzaakt van een gedeelte van de verbrandingsgassen door de gaspoort 16 en de 20 terugvoerbuis 17 naar de mengkamer.

Volgens de uitvinding wordt een vloeibare brandstof, bijvóórheel brandstofolie, dieselolie of een andere voldoende vluchtige vloeibare brandstof toegevoerd aan de gasterugvoerbuis door een brandstof-toevoerleiding 18. De brandstof—-inlaat van deze leiding is zo dicht 25 mogelijk bij de montageflens aangebracht als praktisch is. Ook verdient het de.voorkeur dat de brandstofinlaat van de leiding 18 aan de bovenzijde de terugvoerbuis 17 binnengaat.

De toevoer van de vloeibare brandstof aan de terugvoerbuis 17 tijdens de werking van de brander heeft als gevolg dat de hete gasvormi-30 ge produkten of verbrandingsgassen de vloeibare brandstof verhitten, zodanig, dat deze brandstof snel wordt omgezet in zijn gasvormige toestand en gasvormig is wanneer deze brandstof de mengkamer binnengaat, waarin de brandstof in zijn gasvormige toestand zich vermengt met de toegevoerde verbrandingslucht, zodat een in hoofdzaak homogeen gasmengsel 35 wordt gevormd. Opgemerkt wordt, dat daar de verbrandingsgassen, die de terugvoerbuis 17 binnengaan, vrijwel vrij zijn van zuurstof, er geen verbranding plaatsvindt in de terugvoerbuis en dat deze buis tijdens de branderwerking op vloeibare brandstof werkt als vergassingskamer waarin de brandstof wordt omgezet van zijn vloeibare in zijn gasvormige 40 toestand.

8 1 00 72 7

ί V

- 6 -

Het ontsteken van de brandstof wordt gedaan met een startbrander of ontstekingsbrander 19. Het is duidelijk dat de ontstekingsbrander zowel met olie als met gas kan worden gestookt. Het beste blijkt uit fig.

1 dat de ontstekingsbrander helt onder een hoek met de langshartlijn 5 van de brander 10 en is gericht op de gasterugvoerpoort 16. De speciale plaats' van de ontstekingsbrander 19, zoals hierboven beschreven, heeft twee belangrijke functies. De ontstekingsbrander is aangebracht buiten de stroom van het mengsel van lucht en brandstof, zodat deze brander de stroming niet hindert. Verder is de plaatsing zodanig, dat de aanvanke-10 lijke vergassing van de vloeibare brandstof wordt versterkt doordat de verbrandingsprodukten van de ontstekingsbrander snel hun.weg vinden naar de gaspoort 16 en de terugvoerbuis 17. Gebleken is dat het richten van de ontstekingsbrander 19 op de gasterugvoerpoort de startt-ijd van de brander 10 vermindert tot minder dan 30 sec. bij bedrijf op olie.

15 Volgens de uitvinding is een lucht—verdeelkamer 20 verbonden met de montageflens 13. Een aantal kanalen 21 verlopen door het brander-blok 11 en verbinden de verdeelkamer 20 met een reeks poorten 22. Deze poorten zijn over de omtrek Verdeeld rond het uitlaateinde 12B van het brandermondstuk, tussen het uitlaateinde van het mondstuk en de gas-20 terugvoerpoort 16, Het is duidelijk dat een geschikt, verwisselbaar luchtmondstuk 22A kan worden aangebracht in de poorten 22. De plaatsing van de poorten 22 en de mondstukken 22A daarin, is zodanig, dat lucht in hoofdzaak tangentiaal wordt toegevoerd ten opzichte van en aan de brandervlam, die tijdens de verbranding ontstaat.

25 Lucht wordt toegevoerd aan de verdeelkamer 20 door een aftap- leiding 23, verbonden met de hoofdluchtleiding 16A. De aftapleiding 23 kan zijn voorzien van een geschikte regelklep 24 en van een manometer · 25 voor het besturen van de luchtstroom naar de kamer 20 en de bijbehorende poorten 22.

30 De beschreven brander 10 kan ook worden gestookt met een gas vormige brandstof, bijvoorbeeld aardgas of synthetisch gas of een lagedrukgas of dergelijke gassen, doordat een gasinlaat 26 is aangebracht, waardoor gas kan worden toegevoerd aan de mengkamer wanneer men met gas wenst te stoken. Wanneer geen olie wordt toegevoerd aan de terugvoerbuis 35 17, d.w.z. wanneer de brander 10 uitsluitend op gas werkt, wordt de terug voerbuis 17 gekoeld door het aftappen van koellucht naar deze buis. Deze koellucht wordt 'verkregen door een andere luchtaftap leiding 27 van de hoofdleiding. De aftapleiding 27 is verbonden met de olieinlaat 18 waardoor koellucht wordt toegevoerd in de terugvoerbuis wanneer de 40 brander alleen op gas werkt. Een klep 28 is aangebracht in de aftapleiding 8 1 0 0 7 2 7.

- 7 - . * * 27 voor het regelen van de stroom&oellucht naar de terugvoerbuis bij stoken- van gas.

Zoals blijkt uit fig. 1 kan de verdeelkamer 20 zijn voorzien van op onderlinge afstand liggende openingen, gesloten door plug-5 gen 29/ welke op een lijn liggen met de kanalen 21 die de kamer 20 verbinden met de poorten 22. Deze openingen met de pluggen 29 maken het mogelijk een of meer van de kanalen 21 onwerkzaam te maken. Dit kan worden gedaan door een of meer van de kanalen 21 op geschikte wijze af te sluiten, wanneer men dit wenst, door de toegangsmogelijkheid 10 wegens de pluggen 29 tegenover de betreffende kanalen 21. De beschreven brander 10 kan in het algemeen worden gebruikt maar is bijzonder geschikt voor het stoken van een ketel.

In fig. 6 is de brander 10 weergegeven in combinatie met een ketel 30, die weer bijzonder verenigbaar is met deze brander, waardoor 15 een compacte eenheid ontstaat, die stoom kan opwekken in ongeveer 5 minuten van een koude start uit. Deze combinatie kan een minimaal thermisch rendement van 86% bereiken en geeft een brandstofbesparing van 20 tot 40% vergeleken met een ketel van vergelijkbare afmetingen die wordt gestookt met een bekende oliebrander.

20 De ketel 30 heeft een cilindrische buitenmantel 31, die is verbonden tussen een paar waterkasteindwanden 32, 33. De eindwand 35 is bekleed met een geschikt vuurvast materiaal 35A en ligt op een afstand van de wand 33, waardoor een kamer 35B is gevormd. De voorste eindwand 34 ligt op een afstand van de wand 32 en vormt een kamer 34B 25 welke niet van een isolerende bekleding behoeft te zijn voorzien.

De kamer 34B heeft een uitlaatopening 36, verbindbaar met een geschikte, niet weergegeven schoorsteen, die afvoert naar de omgeving.

Tussen de tegenover elkaar liggende waterkastwanden 32, 33 bevindt zich een vuurbuis 37, waarvan het achtereinde 37a is verbonden 30 met de kamer 35B. Rondom de vuurbuis 37 zijn op onderlinge afstand een aantal buizen 38 aangebracht, die eveneens zijn verbonden met de waterkasteindwanden 32, 33. In de weergegeven uitvoeringsvorm heeft de voorwand 34 een branderopening 39 van zodanige afmetingen, dat daarin de beschreven brander 10 kan worden aangebracht. Volgens de 35 uitvinding heeft het branderblok 11 zodanige afmetingen en een zodanige vorm, dat het af gedicht kan worden aangebracht in de vooropening 37B van de vuurbuis 37. De opstelling is zodanig, dat wanneer de brander 10 werkt, de verbrandingsprodukten worden gevoerd door de vuurbuis, zodat de door de brander ontwikkelde warmte wordt overgebracht op de 40 vuurbuis door straling en geleiding en vandaar op het omgevende water.

8 1 00 72 7 ΐ * - 8 -

De verbrandingsgassen, die de vuurbuis 37 verlaten en terechtkomen in de achterste kamer, voeren een tweede gang door de ketel uit door de buizen 38 en verlaten de ketel uit de voorste kamer 34B naar de schoorsteen. Het is duidelijk dat de beschreven ketel is voorzien van 5 organen voor het toevoeren van voedingwater, teneinde het juiste water—- niveau in de ketel te handhaven en dat de ketel de noodzakelijke droogpijpen * of stoomdom 42 heeft voor het verzamelen van de opgewekte stoom en voor het voeren daarvan naar de stoomuitlaat 44 voor de verdeling naar gebruiks-punten, bijvoorbeeld een radiator of als processtoom.

10 Van belang bij de beschreven ketel is dat deze ketel bij ge bruik met een brander 10 als beschreven een minimaal warmteoverdrachts-oppervlak nodig heeft. Bijvoorbeeld heeft een 30 kW ketel, gestookt met 2 een bekende oliebrander, een warmteoverdrachtsoppervlak van 18 tot 37 m nodig. De beschreven ketel 30 heeft voor gelijk nominaal vermogen van 2 15 30kW en gestookt met de brander 10 slechts 5,8 tot 7,4 m warmteoverdrachtsoppervlak nodig. Deze belangrijke verkleining van het warmteoverdrachtsoppervlak ten gevolge van de uitvinding wordt toegeschreven aan de diffusieverbranding, die in de brander ontstaat en aan de hoge oppervlaksnelheid, die in de brander wordt ontwikkeld, waardoor een warmteover-20 dracht ontstaat met hoog rendement op het verwarmingsvlak van de ketel, zowel door straling als geleiding,

Pig. 8 toont een gewijzigde ketelconstructie. De daarin weergegeven ketel 50 is soortgelijk aan die volgens fig. 4, 5 en 6 behalve dat deze ketel een driegangsketel is, terwijl de ketel volgens 25 fig. 4 tot 6 een tweegangsketel is.

Zoals blijkt uit fig. 8 heeft de ketel 50 een buitenmantel 51, gesloten door tegenover elkaar liggende waterkast-eindwanden 52, 53. .

Tussen deze wanden bevindt zich de hoofdvuurbuis 54. In de voorwand 55, is op een afstand van de wand 51 een branderopening 55A aangebracht voor 30 het opnemen van de beschreven brander 10. De ruimte tussen de voorwand 55 en de voorste waterkastwand 52 begrenst een kamer 56. Een achterwand 57 is bekleed met vuurvast materiaal 57A en bevindt zich op een afstand van de achterste waterkastwand 53, waardoor een kamer 58 is gevormd.

Tussen de wanden 52 en 51 bevindt zich een aantal buizen 59.

35 Dwars door de achterste kamer 58 verloopt een keerplaat 60 die deze kamer verdeelt in delen, zodat de. uitlaatgassen van de vuurbuis 54 stromen beneden de keerplaat 60 en naar de onderste buizen 59, waarna zij de tweede gang door de ketel maken.

Een keerplaat 61 verloopt dwars door de voorste kamer 56 en 40 richt de gassen, die de buizen 59 verlaten, naar de bovenste buizen 59A, 8 1 00 72 7 Λ i - 9 - waardoor zij een derde gang maken. De gassen, die de derde gang verlaten, worden af gevoerd naar de kamer 58A boven de keerplaat 60, welke is verbonden met de schoorsteen 62, In alle andere opzichten is de ketel 50 soortgelijk aan de hiervoor beschreven ketel.

5 De beschreven ketel en brander werken als volgt:

Bij bedrijf op olie wordt bij een koude start de klep 19A, die de brandstofstroom naar de ontstekingsbrander 19 bestuurt, geopend en wordt de brander 19 ontstoken. Het is duidelijk dat de ontstekingsbrander 19 zowel met olie als met gas kan worden gestookt. De plaatsing van de 10 ontstekingsbreinder 19 is zodanig dat zijn hete verbrandingsprodukten worden gericht op de gasterugvoerpoort 17, zodat de terugvoerbuis direct werkt en de hete verbrandingsprodukten terugvoert naar de mengkamer.

Wanneer de hete verbrandingsprodukten van de ontstekingsbrander stromen door de terugvoerbuis 17 wordt de klep 41, die de hoofdoliestroom regelt, 15 geopend en wordt deze olie toegevoerd door de inlaat 18 aan de terugvoerbuis 17, waar deze olie wordt vergast door de warmte van de er door stromende verbrandingsgassen. De vergaste vloeibare brandstof wordt dan toegevoerd aan de mengkamer 14 waar deze wordt vermengd met de verbrandingslucht welke wordt ingeblazen onder druk door het mondstuk 15 onder besturing 20 door de klep 16B, zodat een in hoofdzaak homogeen mengsel van brandstof- -gas en lucht ontstaat. Door de toestandsverandering van de brandstofolie van vloeistof naar gas vóór de verbranding, kan de door het luchtmondstuk ingeblazen luchthoeveelheid zodanig worden bestuurd, dat alleen de optimale luchthoeveelheid, die nodig is voor de verbranding, wordt 25 toegelaten aan de mengkamer. Het mengsel van gas enlucht, dat door het brandermondstuk stroomt, wordt dan ontstoken door de ontstekingsbrander 19. Zodra eenmaal de hoofdvlam is ontstaan wordt de brander 19 uitgescha-keld en houdt de vlam zichzelf in stand totdat de brandstoftoevoer aan de inlaat 18 wordt onderbroken. De aldus verkregen vlam is een blauwe 30 vlam met voldoende warmteintensiteit dat afbraak ontstaat van de koolwaterstoffen in de basiselementen, namelijk waterstof en koolstof.

Volgens de uitvinding wordt een deel van de lucht uit de hoofdleiding 16A afgetapt door de leiding 23 naar de verdeelkamer 20, van waaruit deze kleine hoeveelheid lucht, d.w.z. minder dan 3% wordt 35 verdeeld over een aantal poorten 22, verdeeld aangebracht om het uitlaat-einde van het mondstuk 12B. De door de poorten 22 toegevoerde lucht beïnvloedt de vlam zodanig, dat deze wordt verkort, maar de oppervlaksnelheid daarvan wordt gehandhaafd, terwijl tegelijkertijd de zuurstof wordt toegevoerd die nodig is voor diffusieverbranding van de vrije 40 waterstof en koolstof. Deze diffusieverbranding voorziet daardoor de 81 00 72 7 J "fc - 10 - blauwe vlam, verkregen met de brander, van een ring van heet lichtgevend gas, die de warmteoverdracht van de hete verbrandingsprodukten op de warmteoverdrachtsvlakken van de ketel vergroot. Met de aldus verkregen diffusie verbranding wordt de warmte snel zowel door straling als gelei-5 ding overgebracht. Gebleken is dat met de beschreven brander in een ketel van 30 kW stoom kan worden opgewekt van een koude start uit in ongeveer -5 minuten. Als gevolg hiervan is de cyclustijd, die de brander nodig heeft om de ketel in werking te houden, belangrijk verkort, hetgeen een grote brandstofbesparing geeft. De brandstofbesparing wordt 10 nog vergroot doordat het verbrandingsrendement van de brander sterk wordt verbeterd, doordat de vloeibare brandstof wordt verbrand als gas inplaats van als vloeistof, waardoor wordt bereikt, dat vrijwel alle brandstof wordt verbrand. Doordat de brander een totale verbranding geeft, worden de vervuilende verbrandingsprodukten tot een minimum teruggebracht. 15 Door de verbranding van olie in gasvormige toestand wordt ook de vorming verminderd van roet en koolstof, die zich anders af zet op de warmteoverdrachtsvlakken van de ketel. De beschreven ketel vraagt dus weinig of geen reiniging en het thermische rendement ervan kan worden gehandhaafd gedurende zijn gehele levensduur met een minimum aan onder-20 houd en schoonmaken.

Door met elkaar in overeenstemming brengen van de hoeveelheid verbrandingslucht en de hoeveelheid diffusielucht, met de kleppen 16B en 24, kan de sterkte van de brandervlam-en/of de lichtgevendheid van de diffusieverbranding wedden geregeld over een groot gebied met be- i é 25 houd van de hoge oppervlak_snelheid voor optimale warmteoverdracht.

De beschreven brander 10 kan ook alleen met gas worden gestookt en/of in combinatie met vloeibare brandstof. Wanneer alleen met gas moet worden gestookt wordt de klep 40 naar de olieleiding 41 gesloten en de gasklep in de gasleiding 26 geopend. De gasvormige brandstof wordt 30 rechtstreeks toegevoerd aan de mengkamer 14 door de' leiding 26 en wordt daar vermengd met lucht voor het vormen van het brandbare gas-luchtmengsel dat op soortgelijke wijze als bovenbeschreven wordt ontstoken. Echter wanneer alleen gas als brandstof wordt gebruikt, moeten maatregelen worden getroffen voor het koelen van de terugvoerbuis 17, teneinde ver-35 branding daarvan te voorkomen. Dit wordt verkregen door het aftappen van enige koude lucht uit de hoofdluchtleiding 16A naar de terugvoerbuis 17 door de aftapleiding 27 voor het koelen van de terugvoerbuis 17. De aftapleiding 27 is verbonden met de olieinlaat 18 waardoor lucht wordt toegevoerd aan de terugvoerbuis wanneer geen olie wordt gebruikt voor 40 het koelen van de terugvoerbuis 17. Een geschikte electromagnetisch 8 1 00 72 7 . & « - 11 - bediende klep 28 is aangebracht in de aftapleiding 27 voor het besturen van de stroming van koellucht naar de buis 17. Het is duidelijk dat lucht uit de verdeelkamer 20 wordt gevoerd naar de tangentiale poorten 22, ook wanneer de brander 10 met gas wordt gestookt, op soortgelijke 5 wijze als beschreven voor de brander werkend met vloeibare brandstof.

Uit het bovenstaande is duidelijk dat de ketel kan worden gestookt zowel met vloeibare als met gasvormige brandstof en/of tegelijk met beide brandstoffen, waarbij men geschikt kan regelen met de kleppen die de stroming van de beide brandstoffen naar de brandstof regelen.

10 Verder zal duidelijk zijn, dat geschikte automatisch stuurorganen gemakkelijk kunnen worden aangebracht aan de brander en/of ketel voor volledig automatische werking daarvan.

15 v 8 1 00 72 7

Claims (25)

1. Brander voor het verbranden van een vergasbare vloeibare brandstof, gekenmerkt door een brandermondstuk met een inlaat en een uitl-aat, een mengkamer, verbonden met de inlaat, organen voor de toevoer van verbrandingslucht aan de mengkamer, onder druk, zodanig dat 5 de snelheid van de verbrandingslucht door de mengkamer een gebied doet ontstaan met verlaagde druk in de mengkamer, waarbij het mondstuk een gasterugvoerpoort heeft nabij de uitlaat van het mondstuk en een terugvoerbuis, verbonden met de gasterugvoerpoort en de mengkamer, zodanig dat door het gebied van verlaagde druk in de mengkamer een stroom 10 ontstaat van hete verbrandingsgassen door de gasterugvoerpoort en de terugvoerbuis naar de mengkamer, door organen voor de toevoer van vloeibare brandstof aan de terugvoerbuis, zodanig dat de hete verbrandingsgassen de vergassing veroorzaken van deze vloeibare brandstof voordat de brandstof de mengkamer binnengaat, voor vermenging met lucht 15 voor het vormen van een brandbaar gasmengsel, door ontstekingsorganen, zodanig aangebracht ten opzichte van het mondstuk, dat het brandbare gasmengsel erdoor wroüt ontstoken, zodanig dat een vlam met een hoge vlamsnelheid en een zeer hoge vlamtemperatuur ontstaat, waardoor een deel van de koolwaterstoffen van de brandstof wordt afgebroken tot de 20 basiselementen waterstof en koolstof, en door organen aangebracht nabij de uitlaat van het brandermondstuk voor het richten van een luchtstroom in hoofdzaak tangentiaal ten opzichte van de langshartlijn van het mondstuk en de brandervlam daarin, zodanig dat de luchtstroom diffusie-verbranding veroorzaakt van de vrije waterstof en koolstof en de vlam-25 snelheid in stand wordt gehouden.

2. Brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de organen voor tangentiale luchttoevoer zijn aangebracht tussen de brander-uitlaat en de gasterugvoerpoort.

3. Brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 30 organen voor tangentiale luchttoevoer bestaan uit een aantal poorten welke over de omtrek verdeel^d zijn aangebracht van de uitlaat van het mondstuk, zodanig dat deze poorten in hoofdzaak tangentiaal verlopen ten opzichte van de uitlaat en een lucht-verdeelleiding is aangebracht om het mondstuk en een kanaal de verdeelleiding verbindt met elk van 35 de genoemde poorten, terwijl organen aanwezig zijn voor de toevoer van lucht aan de verdeelleiding.

4. Brander volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat organen 8100727 *- ψ - 13 - zijn aangebracht voor het besturen van de luchtstroming door een of meer van de kanalen.

4 ’ï - 12 -

5. Brander voor het verbranden van een vergasbare vloeibare brandstof, gekenmerkt door een brandermondstuk met een inlaat en een uit-5 laat, een mengkamer, verbonden met de inlaat, organen voor de toevoer van verbrandingslucht aan de mengkamer onder druk, zodanig dat de snelheid van de verbrandingslucht door de kamer een gebied doet ontstaan met verlaagde druk in de mengkamer; door een gastoevoerpoort nabij de uitlaat van het mondstuk en een gasterugvoerbuis die de terugvoerpoort verbindt 10 met de mengkamer, en door organen voor de toevoer van vloeibare brandstof aan de terugvoerbuis, zodanig dat de hete verbrandingsgassen een vergassing veroorzaken van de vloeibare brandstof voordat deze de mengkamer binnengaat voor het vormen van een brandbaar gas-luchtmengsel, waarbij ontstekingsorganenn zijn aangebracht voor het ontsteken van dit brandstof-15 mengsel, welke ontstekingsorganen zijn aangebracht onder een hoek ten opzichte van de hartlijn van het mondstuk, in hoofdzaak gericht op de gasterugvoerpoort.

6- Brander volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de ontstekingsorganen bestaan uit een brander voor een brandstof, die onder 20 een hoek is aangebracht, gericht op de gasterugvoerpoort, zodanig dat de verbrandingsprodukten van de brander worden gebruikt voor het snel inleiden van de vergassing van de vloeibare brandstof, die aan de terugvoerbuis wordt toegevoerd.

7. Brander volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de ont-25 stekingsbrander een gasbrander is.

8. Brander volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de ontstekingsbrander een brander voor vloeibare brandstof is.

9. Brander volgens conclusie 5, gekenmerkt door een aantal op onderlinge afstanden rondom de uitlaat van het brandermondstuk aange-30 brachte poorten; door een luchtverdeelleiding, kanalen verbonden tussen de verdeelleiding en elk van de poorten, welke poorten zijn gelegen tussen de uitlaat en de gasterugvoerpoort, en door organen voor de toevoer van lucht aan de verdeelleiding en de daarmee verbonden poorten, welke lucht, die deze poorten verlaat, diffusieverbranding veroorzaakt van de vrije 35 waterstof en koolstof in de vlam.

10. Brander volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de brander stroomafwaarts is aangebracht van de mengkamer, waardoor een ongehinderde luchtstroom door de mengkamer wordt verschaft.

11. Brander volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat ver- 40 wisselbare mondstukken aangebracht zijn in de luchttoevoeropeningen om 81 00 72 7 * V - 14 - de uitlaat, voor het besturen van de stroming van de lucht daardoor.

12. Brander volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat deze brander is gecombineerd met een ketel.

13. Ketel voor het opwekken van stoom of heet water in enkele 5 minuten van een koude start uit, gekenmerkt door een ketelmantel met een paar op onderlinge afstand gelegen waterkast-eindwanden en een eind-wand op een afstand van deze waterkasteindwanden, waardoor kamers zijn gevormd tussen elk van de waterkastwanden en de aangrenzende eindwanden, door een vuurbuis, verbonden tussen de waterkastwanden en door een brander 10 die brandende gassen afvoert naar de vuurbuis, welke brander een brander-mondstuk heeft dat afgedicht is verbonden met.de vuurbiais en het bran-dermondstuk een inlaat en een uitlaat heeft, waarbij een mengkamer is verbonden met de inlaat en organen zijn aangebracht voor de toevoer van verbrandingslucht aan de mengkamer onder druk, zodanig dat de luchtsnel-15 heid een gebied van verlaagde druk in de mengkamer doet ontstaan, welk mondstuk een gasterugvoerpoort heeft, een terugvoerbuis die de poort verbindt met de mengkamer, zodanig dat het gebied van verlaagde druk in de mengkamer een stroming doet ontstaan van hete verbrandingsgassen door de gasterugvoerpoort en de terugvoerbuis naar de mengkamer; door organen 20 voor de toevoer van een vloeibare brandstof aan de terugvoerbuis, zoda- · nig dat de hete verbrandingsgassen de vergassing veroorzaken van de vloeibare brandstof voordat deze wordt vermengd met de verbrandingslucht in de mengkamer, voor het vormen van een brandbaar gas-luchtmengsel·, door organen aangebracht rond de uitlaat van het brander-mondstuk voor 25 het richten van een stroom lucht in hoofdzaak tangentiaal ten opzichte van de hartlijn van het brandermondstuk, zodanig dat deze luchtstroom diffusieverbranding veroorzaakt van de vrije waterstof en koolstof in de vlam voor het doen ontstaan van een lichtgevende vlam die warmte overdraagt zowel door straling als geleiding op de vuurbuis voor het maximaal 30 maken van de warmteoverdracht op het ketelwater, en door ontstekings-organen voor het ontsteken van het gas-luchtmengsel.

14. Ketel volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de ont-stekingsorganen een ontstekingsbrander zijn, aangebracht onder een hoek met de hartlijn van het brander-mondstuk, welke brander is gericht op 35 de gasterugvoerpoort voor het snel inleiden van het stromen van hete verbrandingsprodukten door de gasterugvoerpoort.

15. Ketel volgens conclusie 13, gekenmerkt door een aantal buizen, verbonden tussen de eindwanden en rondom de vuurbuis aangebracht op onderlinge afstanden, welke buizen een tweede gasgang bepalen waardoor 40 de gassen, die door deze tweede gasgang stromen, worden afgevoerd in 8 1 00 7 2 7 - 15 - een aangrenzende kamer en vandaar worden geleid naar de omgeving.

16. Ketel volgens conclusie 15, gekenmerkt door een tweede reeks buizen, op onderlinge afstanden aangebracht om de vuurbuis, welke tweede reeks buizen een derde gasgang bepalen, waardoor de gassen 5 stromen voordat zij naar de omgeving worden afgevoerd.

17. Kompacte combinatie van ketel met brander, gekenmerkt door een verbeterde verwarmingscyclus, waardoor een belangrijke brandstof-besparing ontstaat, welke combinatie afwisselend en/of gelijktijdig kan worden gestookt met een gasvormige en/of vloeibare brandstof, waar- 10 bij deze combinatie omvat een ketelmantel, een paar op onderlinge afstand liggende waterkastwanden, verbonden met de ketelmantel, waarbij een eindwand op een afstand van elke waterkastwand is aangebracht en daarmee een kamer begrenst) door een vuurbuis, aangebracht tussen de waterkastwanden, een aantal buizen aangebracht tussen de waterkastwanden, 15 waarbij een van de eindwanden een branderopening heeft, en een combina-tiebrander voor gas en olie is gemonteerd in deze branderopening, welke brander een mondstuk heeft, dat afgedicht is verbonden met de vuurbuis en dit mondstuk een inlaateinde en een uitlaateinde heeft, waarbij het uitlaateinde is aangebracht in de vuurbuis, een mengkamer voor brandstof 20 en lucht is aangebracht in verbinding met de mondstukinlaat, organen zijn aangebracht voor de toevoer van lucht onder druk aan de mengkamer en een gasterugvoerpoort is aangebracht nabij de mondstukuitlaat, door een terugvoerbuis, die de gasterugvoerpoort verbindt met de mengkamer, organen voor de toevoer van vloeibare brandstof aan de terugvoerbuis, zodanig 25 dat de hete verbrandingsgassen de vergassing veroorzaken van de vloeibare brandstof voordat deze de mengkamer binnengaat*, door organen voor de toevoer van een andere gasvormige brnadstof aan de mengkamer, door een ontstekingsbrandermondstuk, gericht op de gasterugvoerpoort, zodanig dat de verbrandingsprodukten van de ontstekingsbrander de aanvankelijke 30 vergassing veroorzaken van de vloeibare brandstof, en door organen voor het doen ontstaan van een brandervlamsnelheid en een diffusie-vlampatroon voor het vergroten van de warmte—overdracht op de vuurbuis zowel door straling als door geleiding.

18 Combinatie volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de 35 laatstgenoemde organen bestaan uit een aantal poorten welke zijn verdeeld over de omtrek van de uitlaat van het brandermondstuk, een lucht-verdeelleiding, een aantal kanalen die de poorten verbinden met de verdeelleiding, welke poorten zijn ingericht om lucht in hoofdzaak tan-gentiaal toe te voeren ten opzichte van de hartlijn van het brandermondstuk, 40 zodanig dat deze lucht de diffusieverbranding veroorzaakt van de vrije 8 1 00 72 7 ** ' - 16 - waterstof en koolstof in de vlam en dient voor het verkorten van het vlampatroon en het handhaven van de oppervlaksnelheid, zodanig dat een maximale warmteoverdracht zowel door straling als geleiding ontstaat.

19. Combinatie volgens combinatie volgens conclusie 18, 5 met het kenmerk, dat organen zijn aangebracht voor de toevoer van koellucht aan de terugvoerbuis wanneer de brander alleen door gas wfcddt gestookt, welk gas wordt toegevoerd aan de mengkamer door de overige brandstoforganen.

20. Combinatie volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat 10 een tweede reeks buizen is verbonden tussen de waterkastwanden, welke tweede reeks buizen een derde reeks warmteoverdrachtvlakken vormt.

21. Werkwijze voor het verbranden van vloeibare brandstof voor het vergroten van de vlamkarakteristiek daarvan voor het maximaal maken van de warmteoverdracht, welke warmte wordt opgewekt door de verkregen 15 verbrandingsprodukten, op een verwarmingsvlak, gekenmerkt door de stappen van het opwekken van een voldoende hoeveelheid warmte voor het inleiden van de omzetting van een vloeibare brandstof in zijn gasvormige toestand, door het gebruiken van de opgewekte warmte voor het omzetten van een vloeibare brandstof in de gasvormige toestand, zonder beinvloe-20 ding van de verbranding van de vloeibare brandstof door toevoer van deze vloeibare brandstof in warmteoverdrachtsverband met de opgewekte warmte, door het vermengen van de vloeibare brandstof in de gasvormige toestand met lucht voor de vorming van een brandbaar gas-luchtmengsel, het ontsteken van het brandbare mengsel tot een verwarmende vlam, het gebruiken 25 van een deel van de verbrandingsprodukten, ontstaan door de verbranding van het mengsel, voor het doen ontstaan van voortgaande vergassing van de vloeibare brandstof voor het vermengen daarvan met lucht tot een bruikbaar mengsel, waardoor de verwarmende vlam in stand wordt gehouden, en door het toevoeren van extra lucht rond de verwarmende vlam voor het doen 30 ontstaan van diffusieverbranding van de vrije waterstof en koolstof in de vlam.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, gekenmerkt door de stappen van het opwekken van de aanvankelijke hoeveelheid warmte met een ont-stekingsbrander en het gebruiken van de verbrandingsprodukten van de 35 ontstekingsbrander voor het omzetten van de vloeibare brandstof in de gasvormige toestand door directe warmteoverdracht met de verbrandingsprodukten van de ontstekingsbr ander.

23. Werkwijze volgens conclusie 21, gekenmerkt door de stappen van het toevoeren van de verbrandingslucht onder druk voor vermenging 40 met de vloeibare brandstof in gasvormige toestand, zodanig dat de 8 1 00 72 7 pr * - 17 - verhouding vein de hoeveelheid lucht tot de hoeveelheid vergaste brandstof voldoende is voor het doen ontstaan van een stoechiometrisch homogeen mengsel van brandstofgas en lucht voor het doen ontstaan van een vlam met een hoge opppervlaksnelheid en een hoge vlamtemperatuur, welke 5 voldoende is voor het afbreken van een deel van de koolwaterstoffen in hun basiselementen, en door het toevoeren van slechts een klein percentage extra lucht rondom de vlam, dat voldoende is voor het doen ontstaan van diffusieverbranding van de vrije waterstof en koolstof in de vlam en het handhaven van de oppervlaksnelheid daarvan.

24. Werkwijze volgens conclusie 23, gekenmerkt door de stappen van het handhaven van de hoeveelheid extra lucht op minder dan 3% van de lucht die nodig is voor de verbranding.

25. Werkwijze voor het verbranden van vloeibare brandstof voor het vergroten van de vlamkarakteristiek daarvan waarbij de warmteoverdracht van 15 de verkregen verbrandingsprodukten op een verwarmingsvlak maximaal wordt gemaakt, gekenmerkt door de stappen van het aanvankelijk verschaffen van een aansteekvlam voor het doen ontstaan van hete verbrandingsprodukten, het gebruiken van de hete verbrandingsprodukten van de aansteekvlam voor het omzetten van vloeibare brandstof in de gasvormige toestand, het vermengen 20 van de gasvormige brandstof met lucht voor het vormen van een brandbaar mengsel, het ontsteken van dit mengsel door de aansteekvlam voor de vorming van de verwarmingsvlam, het gebruiken van een deel van de verbrandingsprodukten, verkregen door de verbranding van het brandstof-luchtmengsel voor het uitvoeren van de voortgaande vergassing van de 25 vloeibare brandstof, voor vermenging daarvan met lucht tot een brandbaar mengsel voor het in stand houden van de verwarmingsvlam, waarbij extra lucht rondom de verwarmingsvlam wordt toegevoerd, voor het doen ontstaan van diffusieverbranding van de vrije waterstof en koolstof in de vlam. 30 ---++--- 8 1 00 72 7