NL8302232A - Verbrandingsoven. - Google Patents

Description

-T- 23305/CV/ts ·* *

V

Korte aanduiding: Verbrandingsoven.

De uitvinding heeft betrekking op verbrandingsovens en in het bijzonder op stationaire vertikale verbrandingsovens voorzien van een 5 aantal warmte-regeneratieve secti% waarboven zich een gemeenschappelijke verbrandingskamer bevindt.

Stationaire verbrandingsovens gebruikmakend van het warmte-regeneratieve principe zijn bekend in de techniek. Zo is uit het Amerikaanse octrooi 3.895.918 een verbrandingsinrichting bekend, waarin ^ er een centraje, een hoge temperatuur bezittende verbrandingskaraer is met drie of meer warmte uitwisselsecties, daaromheen opgesteld en welke met de kamer in verbinding staan. Iedere warmte-uitwisselsectie omvat een groot aantal zadelvormige, bijvoorbeeld keramische elementen, die zijn gelegen tussen twee althans nagenoeg vertikale van openingen voorziene tegenhoudwanden, 15 welke in het verleden veelvuldig zijn vervaardigd uit geperforeerd metaal. Inlaat- en uitlaatkleppen behorende bij'iedere sectie zijn zo opgesteld en bediend, dat indien een afvoerstroom een sectie althans nagenoeg horizontaal door zijn warmteuitwisselbed binnentreedt de uitlaatklep daarvan was gesloten. Althans een verdere uibwisselsectie had zijn inlaatklep gesloten en 2° zijn uitlaatklep,verbonden met een uitlaatventilator, open.

Ofschoon dergelijke constructies zeer tevredenstellend zijn gebleken en commercieel succesvol waren stellea bepaalde ontwerp-eigenschappen zwaardere eisen aan de materiële en constructieve kenmerken. In sommige van deze verbrandingsovens moesten bijvoorbeeld de van openingen voorziene metalen 2^ tegenhoudwanden voor de warmte-uitwisselelementen,’welke waren gericht naar de een hoge temperatuur bezittende centrale verbrandingskamer, zeer hoge bestendigheid tegen warmte hebben en een overmatige sterkte om de zijdelingse druk uitgeoefend door de duizenden keramische elementen binnen het bed dat gedeeltelijk door deze wand werd omsloten, in evenwicht te houden. Het 30 was vaak noodzakelijk speciale stalen toe te passen in voldoend dikke afmetingen, welke warmte konden weerstand, evenals trekstaven, vasthoudpennen, veren en beensteunen om de geometrische samenhang onder dergelijke extreme hitte en drukomstandigheden te waarborgen.

De ingangs- en uitgangsleidingen, welke afzonderlijk met ieder van 35 de warmte-uitwisselsecties in verbinding staan bij de bekende constructie zijn bevestigd aan de zijkanten van de secties op verhoudingsgewijs grote hoogtes. Dit maakt het onderhouden van -deze leidingen moeilijker dan in het geval dat zij dichter bij de grond zijn gelegen. Ter compensatie van 8302232

V

-2- 23305/ CV/ts in de tijd optredende inklinking van de keramische elementen in ieder bed tengevolge van gassnelheid, uitzetting en samentrekking en dergelijke vereisen deze bekende verbrandingsovens vaak het gebruik van een speciaal vulluik voor het beladen van het bed met aanvullende keramische elementen.

5 Deze kenmerken van sommige van de bekende constructies maakt deze constructies verhoudingsgewijs kostbaar in opbouw en onderhoud.

Als een alternatief op de centrale verbrandingskamer met stroming daardoorheen vanaf warmteuitwisselsecties, die daarbuiten zijn opgesteld, zijn vertikale vuilverbrandingsovens in gebruik gekomen.

10 Binnen een cilindrische mantel zijn er daarbij bijvoorbeeld drie of meer warmte-uitwisselsecties met desbetreffende, althans in hoofdzaak taartpuntvormige' dwarsdoorsneden, waarin de warmteuitwisselelementen zijn geplaatst. Boven alle afzonderlijke warmte-uitwisselsecties, ieder met een eigen inlaat- en uitlaatkleppen, is er een gemeenschappelijke ver-15 brandingskamer. Uitstromende gassen worden gevoed in de bodem van een eerste van de naburige warmte-uitwisselsecties, met een verhoudingsgewijs lage snelheid, bijvoorbeeld 750 ft/sec. De gassen bewegen omhoog door het eerste warmte-uitwisselbed en in de gemeenschappelijke verbrandingskamer. Aangezien van althans een verdere warmte-uitwisselsectie de inla&t- 4 2o klep is gesloten en de uitlaatklep (gekoppeld met een aanzuigventilator) open is, kan geen afvoerstroom dat bed binnentreden, maar de een hoge temperatuur bezittende verbrandingsprodukten van de verbrandingskamer zullen erdoor naar.beneden worden getrokken naar de uitlaat. Een van d e problemen ontmoet bij dergelijke typen vertikale .verbrandingsovens is het feit, 25 dat aangezien het gas de verbrandingskamer met verhoudingsgewijs lage snelheid binnentreedt, dit gas de kortste weg zal zoeken binnen de kamer, dat zil zeggen naar het naburige bed, dat op de uitlaatwijze werkt, om weg te stromen. Dientengevolge blijft de afvoerstroom niet in de verbrandingskamer gedurende voldoende tijd om een althans nagenoeg volledige ver-30 branding bij de hoge optredende temperatuur mogelijk te maken. Dientengevolge zijn gassen, die worden uitgelaten door het tweede bed, niet opgevoerd *tot de juiste temperatuur om zich voldoende te reinigen en zo worden, indien deze gassen bewegen langs de keramische elementen in het tweede bed, deze elementen onvoldoende verhit v.oor het voorverwarmen van de afvoerstroom 25 indien gaande door dat bed gedurende een volgende kringloop van de werking als een inlaatwarmte- uitwisselsectie.

Onder de oogmerken van de huidige uitvinding is het dan ook de bedoeling te verkrijgen: 8302232

V

-3- 23305/ CV/ts 1. Een stationaire vertikale stromingsver5ran(üni2.sover, van het warmte-regeneratieve type, waarin het doorstromende gas dat WOrdfc behandeld, wordt gedwongen binnen de gemeenschappelijke verbrandingskamer te verblijven gedurende een tijd, welke voldoende is om het gas door verbranding te 5 reinigen.

2. Vuilverbrandingsinrichting, waarin een ingaande stroming van gas met een verhoudingsgewijs lage snelheid wordt omgezet in een stroming met verhoudingsgewijs hoge snelheid indien het de verbrandingskamer binnentreedt, teneinde n^er gasvormige turbulentie voort te brengen in 10 de kamer, waardoor wordt bijgedragen aan het waarborgen van een verkrijgen van de juiste verblijftijd van de afvoerstroom in die kamer, evenals een produktie van een gelijkmatigere warmteverdeling daarin.

3. Een stationaire vertikale stromings verbrandingsoven van het warmte-regeneratieve type, van vereenvoudigde en verhoudingsgewijs 15 minder dure constructie.

De uitvinding heeft dan kortweg ook betrekking op een verbrandings-inrichting met thermische terugwinning, welke is voorzien van een aantal naburige althans nagenoeg vertikale gas behandelende secties, die ieder zijn voorzien van warmte-uitwisselmiddelen met een vooraf bepaald dwars-doorsnede-oppervlak, terwijl iedere sectie verder een afdekking heeft met .20 een daarin gevormde opening waarvan het oppervlak aanzienlijk kleiner is dan het vooraf bepaalde oppervlak.

De uitvinding zal hieronder nader worden uiteengezet aan de hand van bijgaande figuren.

Fig. 1 toont, gedeeltelijk in doorsnede een bovenaanzicht od een o uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont eer doorsnede over fig. 1, gezien volgens de lijn 2-2 in fig. 1.

Fig. 3 toont in perspectief een deel van een gewijzigde uitvoerings-^ vorm van de in fig. 1 en 2 weergegeven inrichting.

Fig. 4 toont een bovenaanzicht van een verder uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 5 toont, gedeeltelijk in doorsnede en gedeeltelijk in zijaanzicht de in fig. 4 weergegeven inrichting.

Fig. 6 toont schematisch in perspectief een deel van de inrichting 35 volgens nog een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding.

In fig. 4 is een uitvoeringsvoorbeeld van een oven 10 volgens de * „ uitvinding weergegeven, welke is voorzien van een althans in hoofdzaak 8302232 « : 23305/ cv/ts -4- oilindrische metalen buitenmantel 12, bedekt met een uit vuurvast materiaal bestaande bekleding 11 en aan de bovenzijde afgedekt door een koppelvormig deksel voorzien van een stalen buitenplaat 18 en ee:n uit vuurvast materiaal bestaande bekleding 19.

. 5 Het onderste gedeelte van het inwendige volume van de constructie 12 is in het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld verdeeld in vijf althans in hoofdzaak fcaartpuntvormige warmte-uitwisselsecties. De vijf warrate-uitwisselsecties 15 zijn verdeeld door vertikale uit vuurvast materiaal bestaande wanden 19, die vanaf een centrale kolom 21 straalsgewijs naar 10 buiten verlopen. De constructie 12 wordt in een rechtop staande stand gehouden met behulp van I-balken 13.

In ieder van de secties 15 bevindt zich een stapel 15b van kera-amische, althans in hoofdzaak zadelvormige elementen 17, zoals die vervaardigd door de Norton Chemical Company onder het merk "Interlox" onder-1 ζ 3 steund op desbetreffende uit geperforeerd of geëxpandeerd metaal (of uit ander geschikt stijf material. )vervaardigde platen 15a, welke op hun beurt zijn bevestigd aan de centrale kolom 21 en aan de inwendige oppervlakken van de uit vuurvast materiaal vervaardigde wand 14. Een brander 22 steekt uit door zijwanden 12, 14 in de verbrandingskamer 20 en wordt gevoed 20 met aardgas of andere brandstof, waarbij zijn taak is he-t voort brengen van een zeer hoge temperatuur in de orde van grootte van 1500° F of daaromtrent binnen de verbrandingskamer 20.

Ruimtes 15c zijn gevormd onder de bedden, waarin de afvoerstroom van een industrieel proces wordt ingebracht via ingangsleiding 11, indien 25 de daarbij behorende inlaatklep open is. Invoerleiding 11 staat in verbinding met de toroldale verdelingsinvoerleiding 24, welke zelf is gekoppeld met ieder van de warmte-uitwisselsecties 15 met behulp van radiaal verlopende toevoerleidingen 25 via desbetreffende kleppen 27. Verder is met ieder van de secties 15 een radiale uitlaatleiding 31 gekoppeld welke 30 via kleppen 29 in verbinding staan met een toroïdale uitlaatleiding 26, die via een uitlaatleiding 28 is gekoppeld met een centrifugaal-ventilator 30, welke aan te drijven is met behulp van een motor 32.

De inlaatvoeders 25 en de uitlaat- of afvoerleidingen 31 zijn verbonden met desbetreffende inlaat- en uitlaatkleppen 27 en 29. De 35 afvoer van de centrzfugaal-ventilator 30 wordt toegevoerd aan een schoorsteen of aan de omgevingsatmosfeer.

In overeenstemming met de huidige uitvinding zijn de bovenoppervlakken van de stapels keramische elementen een aanzienlijke afstand 8302232 » -5- 23305/ CV/ts gescheiden van de deksels 23 voor iedere sectie. De deksels 23 zelf zijn voorzien van daarin gevormde openingen 23a, welke aanzienlijk kleiner zijn dan de desbetreffende dwarsdoorsneden van de bedden 15b.

Indien de deksels 23 niet zouden worden gebruikt maar in plaats daar-5 van de volledige bovenoppervlakken van de beddeh zouden zijn blootgesteld aan de verbrandingskamer 20, zou de afvoerstroon bij de ingang 11 in de kamer stromen door een bed met een snelheid van ongeveer 750 ft/min. Dan zou de afvoerstroom na het stijgen tot de bovenzijde van het bed de korste en laagste baan volgen naar de gesloten sectie 15, welke werkt in de uit-10 laatwijze, dat wil zeggen met zijn inlaatklep 27 gesloten en zijn uitlaatklep 29 open. Zodoedde zal de afvoerstroom juist langs de verdeelwanden tussen de secties omhoog bewegen en niet voldoende lang in de kamer 20 blijven om te worden gebracht tot op de hoogste in de kamer voortgebrachte temperatuur, zodat de afvoerstroom van het industriële proces niet voldoende 15 zal worden geoxydeerd om een voldoende gereinigde uitlaat te verkrijgen.

In overeenstemming met de huidige uitvinding zet het aanbrengen van de deksels 23 met hun beperkte doortochten 23a de verhoudingsgewijs langzaam bewegend ingevoerde afvoerstroom om in een aanzienlijk hogere snelheid bezittende opwaartse gasstroom. door de opening 23a, dat wil zeggen een stroom met een snelheid tot aan 2000 - 3000 ft/min. Dit zal .20 twee belangrijke effecten hebben: 1). De sterk stijgende stroom zal de neiging hebben om turbulentie in te brengen in de gassen binnen de verbrandingskamer 20, waardoor wordt bijgedragen aan het waarborgen van een goede gasmenging en een gelijkmatigere warmteverdeling en (2) zal een kortsluiting en een laag boven de scheidingswanden heen bewegen van de afvoerstroom 25 vanaf de bovenzijde van de stapel 15b van een warmte-uitwisselsectie,werkende als invoerorgaan,naar de bovenzijde van de stapel 15b van een naburige warmteuitwisselsectie, welke als afvoer werkt, voorkomen.

In de uitvoeringsvorm van de uitvinding afgebeeld in fig. 1 en 2 zijn ^ de vertikale scheidingswanden 19 van de taartpuntvormige secties vervaardigd uit vuurvast materiaal. Tengevolge van thermische schok,en mogelijk tengevolge van de vernielende invloed van de afvoerstramen, welke door de bedden bewegen en eventuele verdere redenen, kunnen deze uit vuurvast materiaal bestaande scheidingswanden een neiging hebben om te scheuren.

Dit zal het mogelijk maken, dat een kortsluiting optreedt tengevolge waar-35 van de afvoerstroom rechtstreeks van een als inlaat werkende kamer beweegt naar een als uitlaat functionerende kamer zonder door de verbrandingskamer te bewegen en zodoende aan oxydatie ontsnapt.

8302232 .6- 23305/ CV/ts

In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, zoals weergegeven in fig. 3, zijn de warmteuitwisselsecties samengesteld uit een aantal taartpuntvormige metalen houders 33, die met behulp van een flens 33¾ aan de vloer zijn bevestigd. Ieder heeft een deksel 33a net een centrale 5 doortocht 33c en zal op een afstand van de naburige zijn gelegen, waarbij de afstand bijvoorbeeld 8-12 inches kan bedragen. Zodoende zal de zijwand van iedere houder· zijn gescheiden van de zijwand van een naburige houder en koeler worden gehouden dan de vuurvaste wanden 19 van het uit-voeringsvoorbeeld van fig. 1 en 2. Aan de boveneinden van de rechte wan-10 den van de taartpuntvormige secties 33 zijn L-vormige flensstukken 33d bevestigd, die zodanig zijn bemeten, dat de randen van de flenzen een weinig op afstand van elkaar zullen zijn gelegen. Bovenop deze secties zijn rechthoekige platen 35, bijvoorbeeld door lassen, bouten of andere geschikte bevestigingsmiddelen bevestigd. Indien gewenst kan de ruimte 3¾ 15 tussen naburige taartpuntvormige secties worden doorspoeld met lucht of gereinigde uitlaatgassen. Dit zal het voordeel hebben van een voorverwarmen van de vertikale rechte wanden, waardoor wordt bijgedragen aan het bewaren van warmte. Aangezien deze wanden op een lagere temperatuur zullen zijn en uit metaal zijn vervaardigd, wordt de mogelijkheid van lekkage tengevolge van breuk in vertikale naburige wanden, zoals .20 afgeheeld in fig. 1 en 2, aanzienlijk verminderd.

Fig. 4 en 6 tonërï een ander uitvoeringsvoorbeeld van de huidige uitvinding waarin de inrichting, gezien in bovenaanzicht een althans in hoofdzaak L-vormige vorm heeft. De inrichting 40 omvat drie aangrenzende vertikale constructies 40a , 40b en 40c, die ieder een althans in 25 hoofdzaak vierkante dwarsdoorsnede bezitten, zoals in fig. 4 is weergegeven. In ieder van de secties 40a - 40c bevindt zich een stapel van warmte-uitwisselende keramische elementen of "stenen” 41, vanonderen ondersteund door een van openingen voorziene of uit geëxpandeerd metaal vervaardigde steun of plank 42, welke zelf rust op een schouder 43, gevormd in de binnenste zijwand 44. Een holle kamer 45 is aangebracht tussen het bovenoppervlak van iedere stapel 41 en iedere sectie heeft een uit vuurvast materiaal vervaardigd deksel 46, dat is voorzien van een centraal gelegen opening 46a, welke bestemd is voor het verkrijgen van het hierboven beschreven straaleffeet.

Een afvoerstroom van een industrieel proces wordt toegevoerd bij de inlaat 47 en beweegt door de althans in hoofdzaak L-vormige verdeel-inlaatleiding 48, welke met behulp van' toevoerleidingen 50 is gekoppeld 35 8302232 % -7- 23305/ CV/ts met de ruimtes 49 onder de van openingen voorziene steunconstructie 43.

Indien de afvoerstroom moet worden toegevoerd aan het bed van sectie 40a, zal zijn inlaatklep 52 open zijn en zijn uitlaatklep zal zijn gesloten.

De afvoerstroom zoals toegevoerd aan de toevoerleidingen 50 heeft een verhoudingsgewijs lage snelheid en indien het omhoog gaat door het des-5 betreffende bed 41 in sectie 40a, wordt het versneld op een aanzienlijk hogere snelheid door het straaleffect geïntroduceerd door doortocht 46 waardoor een betere warmteverdeling en gasmenging in de ver-brandingskamer 51 wordt bewerkstelligd. Gelijktijdig wordt het tijdens de stijging voorverwarmd.

Na te zijn geoxydeerd door hoge temperatuur in de verbrandings- kamer 51, wordt de afvoerstroom dan naar beneden uit de inrichting gezogen door de opening in het deksel van. een van de naburige secties 40a-40e.

In deze naburige sectie is de desbetreffende uitlaatklep 53 open, terwijl _ de daarbij behorende inlaatklep is gesloten zodat de L-vormige uitlaat-15 leiding 55 met de ruimte 49 onder het bed is gekoppeld. De leiding 55 zelf is gekoppeld met een uitlaatventilator 60, welke kan worden aangedreven door een motor 65. De vorming van de hogedruk stroom voorkomt een kortsluiting van het gas van de afvoeratroom in een lage baan van de bovenzijde van een bed 41 naar de bovenzijde en naar beneden door een naburig

/JA

bed, via welke de afvoer plaatsvindt.

Terwijl bij de hierboven beschreven uitvoeringsvormen gebruik is gemaakt van een enkele ronde doortocht 23a, 46a, voor iedere warmteuit- wisselsectie kan een dergelijke doortocht iedere gewenste vorm hebben of zelfs zijn uitgevoerd in de vorm van meerdere kleinere gebundelde 25 openingen. Algemeen gesproken zal of nu een enkele opening of meerdere kleine openingen worden toegepast het bijeengevoegde oppervlak' voor iedere sectie eenvierde zijn van het bijeengevoegde oppervlak van de dwarsdoorsnede van de sectie, waarbij zij behoren, ofschoon dit zal afhangen van een aantal verdere factoren, bijvoorbeeld de hoogte en 30 geometrie van de gemeenschappelijke verbrandingskamer, de snelheid van de gasstroom, zoals bepaald door de ventilator enzovoorts.

8302232

Claims (10)

1. Verbrandingsinrichting met thermische terugwinning voorzien van: (a) een aantal naburige althans nagenoeg vertikale gas' behandelende 5 secties, die ieder zijn voorzien van : (1) warmte-uitwisselmiddelen met een bepaald dwarsdoorsnede-oppervlak, en (2) een deksel voor de sectie met althans een doortocht daarin gevormd, waarvan het oppervlak aanzienlijk kleiner is dan het bepaal - 10 de oppervlak en (b) een tijdens bedrijf een hoge temperatuur bezittende verbran-dingskamer, die boven de secties is opgesteld en met de secties via de doortocht (en) in gasstroomverbinding staat.

2. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 1, met' kenmerk, dat er 15 ten minste drie het gas behandelende secties zijn.

'3. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat iedere sectie is voorzien van een boven de warmte-uitwisselmiddelen gevormde holle kamer, die onder deksels is gelegen en waardoor een zich opwaarts stromend gas beweegt vanaf de warmte-uitwisselmiddelen en door 4 de doortocht naar de verbrandingskamer. .20 ^

4. Verbrandingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de deksels althans in hoofdzaak koepelvormig zijn, terwijl de doortocht(en) een althans in hoofdzaak centraal gelegen opening(en) in het deksel omvat (ten).

5. Verbrandingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met 25 het kenmerk, dat de secties dwarsdoorsneden hebben in de vorm van cirkel-sectors, die radiaal om de vertikale hartlijn van de inrichting staan opgesteld.

6. Verbrandingsinrichting· volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de secties gemeenschappelijke scheidingswanden, die uit vuurvast materiaal zijn vervaardigd, bezitten.

,7. Verbrandingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat ieder van de secties is voorzien van vertikale zijwanden, die op afstand zijn gelegen van vertikale zijwanden van naburige „ secties, waarbij de vertikale zijwanden zijn vervaardigd uit warmte-35 geleidend materiaal.

8. Verbrandingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat concentrische cirkelvormige inlaat- en uitlaatleidingen 8302232 -9- 23305/ CV/ts • V ,Λ W w zijn aangebracht, welke de jp.s behandelende secties omgeven.

9. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat een aantal althans in hoofdzaak horizontale toevoerleidingen, respectievelijk zijn gekoppeld met de cirkelvormige leidingen bij iedere sectie 5 en ook respectievelijk zijn gekoppeld met de sectie onder de warmte- uitwisselmiddelen, waarbij de voedingsleidingen zijn uitgerust met kleppen, waar zij met de cirkelvorraige leidingen zijn gekoppeld.

10. Verbrandingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat althans in hoofdzaak L-vormige verdeelleidingen evenwij- . 10 dig aan elkaar en aan twee naburige zijkanten van de secties zijn op gesteld, terwijl iedere sectie is uitgerust met leidingmiddelen, welke het in een punt onder de warmte-uitwisselmiddelen koppelt met beide L-vormige leidingen via desbetreffende kleppen. • «s Eindhoven, juni 1983· « * 1. 8302232