NL8102249A - Verbrandingsinrichting. - Google Patents

Description

« ' V* « -1- 21894/CV/rav

Korte Aanduiding: Verbrandingsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op verbrandingsinrichtingen voor de verbranding van vaste brandstof, bijvoorbeeld hout, cokes, kolen en der-5 gelijke, voorzien van een eerste verbraridingskamer en een tweede verbran-dingskamer, waarbij beide kamers afzonderlijke toevoeren voor verbrandingslucht bezitten.

Er zijn pogingen gedaan met bekende verbrandingsinrichtingen van bovengenoemde soort om een naverbranding te verkrijgen van onvolledig ver-10 brande gassen door het daaraan toevoeren van secundaire lucht in de ver-brandingskamer. Proeven hebben echter aangetoond, dat het beoogde effect slechts zeer zelden wordt verkregen in kleine verbrandingsinrichtingen, en dat indien resultaat wordt verkregen dit een gevolg is van toevallige voordelige omstandigheden.

15 Tengevolge van de tekenen, die duiden op een toekomstig tekort aan energie is de interesse ii het gebruikmaken van bosprodukten als een bron voor huishoudelijke verwarming toegenomen. Er zal dan ook vraag ontstaan naar een verbrandingsinrichting, welke zonder vervuiling van het milieu in staat is era bosprodukten en dergelijke brandstoffen te verbranden met 20 de grootst mogelijke doelmatigheid en een zo goed mogelijke mate van geregelde verbranding.

Het is een kenmerk van dit type verbrandingsinrichtingen, dat de brandstof een onvolledig (pyrolytische) verbranding ondergaat bij een verhoudingsgewijs lage temperatuur in een eerste kamer. Bij dit proces worden 25 ontvlambare (pyrolytische) gassen vrij gemaakt met een waarde, welke afhankelijk is van de temperatuur en de vorm en samenstelling van de brandstof. De temperatuur in de eerste kamer is afhankelijk van de waarde van de daarin plaatsvindende verbranding en dientengevolge afhankelijk van de toevoer van primaire lucht en de warmteisolatie van de eerste kamer. De to-30 tale potentiële energie verstrooiing zal dientengevolge de som van de intensiteit van de primaire verbranding en de verwarmingswaarde van de pyrolytische gassen zijn. Een gecontroleerde verspreiding van energie vereist ten alle tijde een instelling van de hoeveelheid primaire lucht en de isolatie van de primaire kamer tot de brandstof, welke inrgebruik is.

Ten einde volledige verbranding van de pyrolytische gassen te waarborgen en daarbij een hoge doelmatigheid te verkrijgen zal het noodzakelijk zijn secundaire lucht toe te voeren aan de gassen onder gecontroleerde omstandigheden met betrekking tot kwantiteit, temperatuur en verblijftijd.

8102249 -2- 21894/CV/mv

De verbranding kan op een effectieve wijze plaatsvinden in een afzonderlijke· tweede kamer met geschikte warmte isolatie en toevoer van lucht.

Een oogmerk van de huidige uitvinding is dan ook een verbrandings-inrichting te verkrijgen voor het verbranden van vaste brandstof waarin 5 de verbranding plaatsvindt in twee fasen, dat wil zeggen eerst in een eerste kamer en daarna in een tweede kamer op zodanige wijze, dat een hoog nuttig effect van de verbrandingsinrichting wordt verkregen en de ver- ' * 4 brandingsinrichting moet verder zo zijniontworpen, dat een gecontroleerde verbranding wordt verkregen.

10 Volgens de uitvinding kan dit worden verkregen doordat béide ka mers thermisch zijn geisolèerd op zódanige wijze, dat de produktie van pyrolytische gassen in de eerste kamer plaatsvindt binnen een vooraf bepaalde ruimte terwijl de temperatuur in de tweede kamer voldoende hoog is om een volledige verbranding van alle pyrolytische gassen te veroorzaken, 15 Gebruikelijk wordt de hoogste temperatuur vereist in de secundaire kamer en dit vormt een indicatie voor een betere warmte isolatie voor deze kamer dan in de eerste kamer.

Een verder kenmerk van de uitvinding is dat de tweede kamer is ontworpen als een tweetraps verbrandingskamer. De afmeting van een opti-20 male tweede kamer zal afhankelijk zijn van de energie verspreiding van de verbrandingsinrichting. Een tweetraps secundaire kamer zal daarbij een goede secundaire verbranding waarborgen over een breed instelgebied, daar de verbranding met lage verspreiding plaats zal vinden in de eerste trap en met hogere verspreidingen zal de verbranding worden voltooid in de 25 tweede trap.

Een verder kenmerk van de uitvinding bestaat in het aanbrengen van een warmte uitwissel oppervlak tussen een inlaatdoortocht voor secundaire lucht en een uitlaatdoortocht voor de hete verbrandingsgassen van de tweede kamer teneinde de verbrandingslucht, die wordt toegelaten aan 30 de tweede kamer, voor te verwarmen.

Een verder kenmerk van de uitvinding is dat de secundaire lucht-doortocht uitmondt in de ruimte tussen de eerste en de tweede kamer.

Een de voorkeur verdienend uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de secundaire luchtdoortocht is gelegen in de 35 scheidingswand tussen de eerste kamer en de tweede kamer, terwijl de doortocht is geïsoleerd tegen de eerste kamer en een warmte uitwisselop-pervlak naar de tweede kamer heeft. Het resultaat is een voorverwarming van de secundaire lucht.

4 8102249 * r -3- 21894/CV/mv

Nog een verder kenmerk van de uitvinding is dat een warmtebron is gelegen in de tweede kamer of in de luchttoevoerdoortocht naar de tweede kamer waarbij de warmtebron wordt gevoed met uitwendige energie en bijvoorbeeld kan worden gevormd door een electrische verwarmingselement. De door deze 5 warmtebron verspreidde energie kan in overeenstemming met de uitvinding worden geregeld door: a) temperatuur in de tweede kamer, of b) de temperatuurstijging in de tweede kamer, of c) de temperatuur in de eerste kamer, of to d) een combinatie van de parameters a, b en c.

Teneinde de onstekingstemperatuur voor de gassen in de tweede kamer omlaag te brengen is het een kenmerk van de huidige uitvinding, dat de tweede kamer kan zijn uitgerust met eencatalysator. Een alternatief op dit kenmerk is dat de tweede kamer is uitgerust met platen, staven of 15 dergelijke organen welke een lage thermische traagheid hebben, zodat ontsteking van verbrandingsgassen gemakkelijker zal plaatsvinden dan met een vrije gasatmosfeer.

Teneinde een zelfregelend verbrandingsproces met hoge doelmatigheid onder alle omstandigheden te waarborgen onafhankelijk van het soort brand-20 stof of de vorm of variërende trekomstandigheden kan een kenmerk van de uitvinding zijn dat een ventilator is aangebracht voor het waarborgen van een gelijkmatige luchttoevoer aan de verbranding. In een gunstig uit-voeringsvoorbeeld wordt de ventilator aangedreven met behulp van een ther-moelectrisch element, dat is opgesteld op een van de wanden in een van de 25 verbrandingskamers,bij voorkeur de tweede kamer. De ventilator kan worden geregeld door een thermostaat.

De uitvinding zal hieronder nader worden uiteen gezet aan de hand van een schematisch in bijgaande figuur weergegeven uitvoerings-voorbeeld van de constructie volgens de uitvinding.

30 Het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de verbrandingsinrichting omvat een eerste kamer 1 waarvan althans een bovenwand 2 is geïsoleerd.

Het is echter mogelijk ook de zijwanden te isoleren indien dit noodzakelijk zal blijken voor het opvoeren van de temperatuur in de eerste kamer indien een vooraf bepaalde verbrandingswaarde wordt vereist. Verbrandings-35 lucht voor de primaire kamer wordt aangezogen door trekopeningen 4 in de voorzijde van de verbrandingsinrichting.

De verbrandingsgassen van de primaire kamer 1 worden via een o-pening 5 bij de achterwand 3 gevoerd in de tweede kamer 6. Deze kamer is 8102249 -4- 21894/CV/mv ψ ψ uitgevoerd als een tweetraps kamer waarin de verbranding, indien de energie verspreiding laag is, plaatsvindt in trap 1, terwijl de verbranding zo zal worden voltooid in trap 2 indien de energieverspreiding hoog is. Verbrandingslucht voor de tweede kamer wordt aangevoerd door een trekopening 7 5 in de voorzijde van de verbrandingsinrichting in een doortócht 8 in de bovenwand 2 van de eerste kamer. De toevoer van verbrandingslucht wordt zo ingesteld, dat de primaire lucht en de secundaire lucht gelijktijdig ' worden geregeld. De doortocht 8 is ten opzichte van de eerste kamer op de in de figuur weergegeven wijze geisoleerd, maar uitgerust met een warmte 10 uitwisseloppervhk 9 naar de uitlaatdoortocht 10 van de tweede kamer. De tweede kamer heeft een goede thermische isolatie, zodat daarin voldoende . hoge temperaturen (750-1Q00°C) worden verkregen. Voor het waarborgen van ontsteking met een volledige verbranding van de verbrandingsgassen in de tweede kamer dat wil zeggen dat de temperatuur hoger zal zijn dan de ont-15 stekingstemperatuur voor de gassen, kan een verwarmingselement 12 met uitwendige energietoevoer worden gebruikt. Het verwarmingselement 12 kan, zoals is weergegeven, worden gevormd door een electrisch verwarmingselement, maar*het verwarmingselement kan ook worden gevormd door een olie-brander, een gasbrander en dergelijke. Het verwarmingselement kan zijn 20 opgesteld in de toevoerdoortocht 8 voor de secundaire lucht in plaats van in de tweede kamer zelf. Zoals hierboven reeds vermeld kan de tweede kamer zijn voorzien van een catalitisch oppervlak, bijvoorbeeld een platina of rhodium samenstelling, zodat de onstekingstemperatuur voor de verbran-dingsgasssen omlaag wordt gebracht. De tweede kamer kan ook zijn uitgerust 25 met platen, staven of soortgelijke organen, welke een zekere thermische traagheid bezitten, zodat de onsteking van de verbrandingsgassen gemakkelijker zal plaatsvinden dan in een vrije gasatmosfeer. Opgemerkt wordt, dat de aanbrenging van een verwarmingselement, een catalisatorstaven of dergelijke organen met thermische traagheid alleen of in combinatie 30 kan worden gedaan.

De hete gassen van de tweede kamer 6 worden afgevoerd door een uitlaat 10 en komen terug bij de voorrand van de bovenwand 11 en stromen door een doortocht 13 aan de bovenzijde van de bovenwand 11 naar de schoorsteen 14. Van de uitlaat van de doortocht 10 naar de schoorsteen 35 verspreiden de verbrandingsgassen de grootst mogelijke hoeveelheid warmte en doortocht 13 is daartoe uitgerust met een warmtewisselaar voor overdracht van de warmte naar de omgeving.

De schoorsteen 14 kan zijn voorzien van een ventilator 15, welke 81 02 2 49 * * · * -5- 21894/CV/mv kan worden gevoed met electrische stroom vanaf een thermokoppel 16, dat is gelegen op het hete wandoppervlak van de doortocht 13. Het thermokoppel zal een electrische stroom opwekken, welke afhankelijk is van het temperatuurverschil tussen de hete zijde van de wand en de omgeving, De ventilator 15 5 kan worden geregeld door een thermostaat, zodat de toevoer van verbrandingslucht afhankelijk wordt gemaakt van een gewenste kamertemperatuur. Het op gang brengen van een koude verbrandingsinrichting kan worden uitgevoerd • met behulp van een hulpaccu indien het thermokoppel geen stroom opwekt, terwijl ook natuurlijke trek door de schoorsteen kan worden gebruikt.

10 De uitwendige toevoer van energie naar de tweede kamer zal niet ten alle tijde worden vereist.Voor het regelen van deze toevoer van energie moeten de volgende parameters in rekening worden genomen: a) de temperatuur in de tweede kamer. Indien deze temperatuur daalt onder 800°C wordt de toevoer van* uitwendige energie vereist indien nog steeds 15 verbrandingsgas uit de eerste kamer stroomt. Een temperatuur sensor kan dan zijn aangebracht in de tweede kamer.

b) temperatuurstijging van inlaat naar. uitlaat in de tweede ver-brandingszone. Een positieve waarde, welke geen gevolg is van toevoer van enrgie geeft aan, dat nog steeds te verbranden verbrandingsgas stroomt.

20 c) de temperatuur in de eerste kamer. Een lage begrenszingswaarde duidt aan, dat de verbrandingsinrichting geen brandstof meer heeft en er dientengevolge geen behoefte is aan uitwendige energie toevoer.

Bij combinatie van deze parameters in de vorm van bijvoorbeeld e-lectrische signalen van thermokoppels, thermistors of soortgelijke organen 25 is het mogelijk een geheel geautomatiseerde en volledige verbranding van alle brandbare gassen te verkrijgen.

-CONCLUSIES- 81 02 2 4 9

Claims (13)

1. Verbrandingsinrichting voor verbranding van een vaste brandstof zoals hout, cokes, kolen en dergelijke voorzien van een eerste verbrandings- 5 kamer en een tweede verbrandingskamer, die ieder een afzonderlijke toevoer voor verbrandingslucht bezitten, met het kenmerk, dat beide kamers (1, 6) thermisch zijn geisoleerd, bijvoorkeur op zodanige wijze, dat de secundaire ' kamer beter tegen warmte is geisoleerd dan de primaire kamer.

2. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, tO dat de tweede kamer is uitgevoerd als een tweetraps kamer, een en ander zodanig, dat een volledige verbranding kan plaatsvinden binnen een groot gebied van energie verspreiding.

3. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een warmte uitwisseloppervlak (9) is aangebracht tussen een inlaat- 15 doortocht (8) voor secundiare lucht en een uitlaatdoortocht (10) voor de hete verbrandingsgassen van de secundaire kamer (6) teneinde de verbrandingslucht voor de secundaire kamer voor te verwarmen.

4. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de doorvoer (8) voor luchttoevoer naar de secundaire 20 kamer (6) uitmondt in de ruimte (5) tussen de primaire kamer (1) en de secundaire kamer (2).

5. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande qonclusies, met het kenmerk, dat de luchtdoortocht (8) voor luchttoevoer naar de secundaire kamer (6) is aangebracht in een scheidingswand (2) tussen de 25 eerste kamer (1) en de tweede kamer (6) en de uitlaat (10) voor de secundaire kamer, en is voorzien van een warmte uitwisseloppervlak naar de uitlaat (10).

6. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het volume, de isolatie en de toevoer van verbrandings-30 lucht naar de primaire kamer (1) is bemeten om te resulteren in een gelijkmatige verbrandingswaarde en pyrolyse teneinde een correct aangepaste hoeveelheid onverbrande gassen, (CO) voort te brengen, dat wordt afgevoerd naar de tweede kamer (6).

7. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, 35 mdb het kenmerk, dat het volume, de isolatie en de toevoer van secundaire lucht naar de tweede kamer (16) zijn bemeten voor het verkrijgen van ontsteking en complete verbranding van de pyrolytische gassen.

8. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, 81 02 2 4 9 «- ï- -? -7- 21894/CV/mv met het kenmerk, dat de secundaire kamer (6) of de toevoerdoortocht(8) voor secundaire lucht is uitgerust met een verwarmingsbron (12) met toevoer van uitwendige energie.

9. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, 5 met het kenmerk, dat de tweede kamer (6) is uitgerust met een catalysator, zodat de ontstekingstemperatuur voor de gassen in deze kamer omlaag wordt gebracht.

10. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de tweede kamer (6) is uitgerust met platen, staven of 10 dergelijke organen welke een zekere thermische traagheid hebben, zodat de ontsteking van verbrandingsgassen gemakkelijker zal plaatsvinden dan met vrije gasatmosfeer.

11. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een ventilator (15) is aangebracht voor het waarborgen 15 van een gelijkmatige luchttoevoer aan de verbranding, zodat een gecontroleerde verbranding wordt verkregen.

12. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de ventilator (15) wordt aangedreven met behulp van een thermokoppel (16), dat is aangebracht op een van de wanden in een van de verbrandings- 20 kamers of bij de uitlaat van de tweede kamer (6).

13. Verbrandingsinrichting volgens een der voorgaande conlcusies 8-12, met het kenmerk, dat de verwarmingsbron (12) wordt geregeld door: a) de temperatuur in de tweede kamer (6), of b) de temperatuurstijging in de tweede kamer (6), of 25 c) de temperatuur in de eerste kamer (1),-‘of d) een combinatie van de bovengenoemde parameters a, b of c. Eindhoven, mei 1981. 8102249