NL8901416A - Brander voor pulserende verbranding. - Google Patents

Description

Brander voor pulserende verbranding.

De uitvinding heeft betrekking op een brander voor pulserende verbranding met een explosiekamer die aan de inlaatzijde in verbinding staat met een toevoerbuis voor de verbrandingslucht en een toevoerbuis voor brandstof en aan de uitlaatzijde met een of meer afvoerbuizen voor de verbrandingsgassen, zoals bekend is uit het Europese Octrooischrift 157.372.

Bij een dergelijke brander zijn de explosiekamer, samen met de als resonantiebuis dienende aan- en afvoerbuizen zodanig gedimensioneerd, dat de frequentie van de periodieke ontbrandingen van het brandbare mengsel in de explosiekamer overeenkomt met de natuurlijke frequentie van de gasmassa in deze buizen en de explosiekamer. Door de inertie van de in de afvoerbuis stromende gassen ontstaat na de verbranding in de explosiekamer een onderdruk, waardoor enerzijds brandstof en lucht wordt aangezogen en anderzijds hete verbrandingsgassen naar de explosiekamer terugstromen waardoor het toegestroomde brandbare mengsel zal ontsteken. Hierdoor ontstaat een cyclisch proces, dat pulseert met een frequentie die in hoofdzaak afhangt van de afmetingen van de explosiekamer, de aan- en afvoerbuizen en van de brandstof.

Dergelijke inrichtingen worden toegepast voor verwarming, drogen, indampen, aandrijving van gasturbines, enz. en hebben als voordeel een hoge warmteoverdrachtscoëfficient, waardoor de inrichting compact kan worden uitgevoerd terwijl een praktisch volledige verbranding bij een luchtfactor van 1 met vrijwel geen uitstoot van CO en een zeer geringe vorming van NOk wordt verkregen.

Voor een goed functioneren van een brander moeten de volumes van de explosiekamer de toevoerbuizen, de lengte en inhoud van de afvoerbuis(zen) zodanig gedimensioneerd zijn, dat de gewenste resonantie optreedt, hetgeen proefondervindelijk moet worden bepaald. Voordat een nieuw ontworpen pulserende brander bevredigend funktioneert moeten derhalve veel "try and error" werkzaamheden worden verricht, hetgeen vaak met ingrijpende constructieve veranderingen gepaard gaat, wat veel tijdverlies en hoge kosten tot gevolg heeft.

De uitvinding heeft ten doel een brander voor pulserende verbranding te verschaffen, welke op zeer eenvoudige wijze zodanig aan de omstandigheden kan worden aangepast dat in bedrijf de gewenste resonantie optreedt, zonder dat in de constructie van de brander behoeft te worden ingegrepen.

Dit is verkregen doordat volgens de uitvinding de toevoerbuizen zodanig in elkaar zijn aangebracht, dat tussen deze buizen een ruimte aanwezig is, waarbij de binnenste buis in axiale richting verplaatsbaar is ten opzichte van de buitenste buis en aan het naar de explosiekamer toegekeerde uiteinde voorzien is van een verwijding, die aan of nabij het uiteinde met een kraag tegen het binnenoppervlak van de buitenste buis aanligt en voorzien is van openingen in de wand en/of de kraag voor het toevoeren van het in de tussenruimte aanwezige medium naar de explosiekamer.

Door deze constructie kan het volume van de explosiekamer, zelfs tijdens bedrijf, worden veranderd. De brander kan nu na zijn montage en tijdens bedrijf optimaal in resonantie worden gebracht en naar frequentie, vermogen, samenstelling van het uitlaatgas en soort brandstof zo efficiënt moge lijk worden ingesteld zonder dat wijzigingen in de constructie behoeven te worden aangebracht. Verder zijn de bewegende en/of aan slijtage onderhevige delen van de brander, zoals bougie en eventuele kleppen voor lucht en/of brandstof, voor onderhoud of inspectie beter toegankelijk, doordat zij alle gezamelijk in één beweging uit het brandersysteem kunnen worden genomen.

Waneer de resonantie van de brander door het verplaatsen van de branderkop wordt ingesteld, verandert tevens het volume van de zich tussen beide toevoerbuizen bevindende voorkamer. Dit kan de verhouding lucht/brandstof in de explosiekamer beïnvloeden. Met het oog hierop is bij een voorkeursuitvoering van de uitvinding een van doorlaatopeningen voorziene schijf in axiale richting verplaatsbaar in de ruimte tussen beide buizen aangebracht, zodat ook het volume van deze ruimte ( voorkamer ) kan worden ingesteld. Door deze instelling is het mogelijk de verhouding tussen de verbrandingslucht en de brandstof bij te stellen en daardoor een zo efficiënt moge lijke verbranding te verkrijgen. In de doorlaatopeningen van de schijf kunnen terugslagkleppen zijn aangebracht, zodat de bij ontbranding in de explosiekamer optredende drukverhoging zich in de voorkamer niet tot voorbij de schijf kan voortplanten. In de verwijding van de binnenste buis kan eveneens een in axiale richting verstelbare, van doorlaatopeningen voorziene schijf zijn aangebracht, met een zelfde funktie als de hierboven genoemde schijf. Deze schijf is bevestigd aan een in de binnenste buis ondergebrachte verstelstang en kan ook voorzien zijn van terugslagkleppen. Voorts wordt door deze schijf enerzijds een regelmatige verdeling van het door de binnenste buis toegevoerde medium in de explosiekamer verkregen en kan anderzijds op de schijf de bougie of het gloei lichaam worden aangebracht, waarbij door de binnenste buis de leidingen voor het aanleggen van een elektrische spanning kunnen worden ondergebracht.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van het in een tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, waarin een langs-doorsnede van een brander volgens de uitvinding is getoond.

De brander bevat een explosiekamer A die deel uitmaakt van luchttoevoerbuis B maar daarvan is gescheiden door de brander-kop C. In de luchttoevoerbuis bevindt zich de luchtklepsectie E, zodanig dat tussen deze sectie en de branderkop een voorkamer D aanwezig is. De branderkop C bestaat uit een toevoerbuis 1 voor brandstof die aan het naar de explosiekamer toegekeerde uiteinde voorzien is van een verwijding 2.

De verwijding is voorzien van een radiaal naar buiten gerichte kraag 3 die verschuifbaar tegen het binnenoppervlak van de luchttoevoerbuis B aanligt. In de omtrekswand van de verwijding zijn openingen 4 aangebracht voor het toe laten van de verbrandingslucht uit de voorkamer D naar de explosiekamer A. In de verwijding bevindt zich, door een niet in de tekening weer- gegeven ondersteuning ondersteund, een axiaal verstelbare schijf 5 voorzien van doorstroomopeningen 6 voor de toevoer van de brandstof. Verder is op deze schijf een bougie 14 voor het starten van de verbranding aangebracht, welke via door de buis 1 lopende geleidingsdraden 15 met een niet in de tekening getoonde spanningsbron is verbonden.

De luchtklepsectie E bestaat uit een drukstuk 7 en een pakking 8, een drukstuk 9, met een tussenstuk 10 en een pakking 11 en een schijf 12 met de luchtkleppen 13. De luchtklepsectie E kan met behulp van drukstuk 7 en pakking 8 afdichtend worden vastgeklemd op buis 1. De plaats van deze afdichting bepaalt het volume van voorkamer D. Doormiddel van drukstuk 9 tussenrang 10 en pakking 11 kan de schijf 12 afdichtend worden vastgeklemd in de luchttoevoerbuis B. De plaats van deze afdichting bepaalt het volume van de explosiekamer en daarmee het totale volume van het resonantiesysteem.

Op deze wijze kan de verbrandingsinrichting van buiten af optimaal worden ingesteld zonder dat het nodig is constructieve maatregelen te nemen. Voor het uitvoeren van reparaties of inspecties kan de branderkop C met de schijf 5 en de bougie 14 en de klepsectie E als een geheel uit de buitenste buis B worden genomen.

De uitvinding is niet tot het hierboven beschreven uitvoerings-voorbeeld beperkt. Zo kan de brandstof ook door de buitenste buis worden toegevoerd en de verbrandingslucht door de binnenhuis. Verder kunnen de schijven 5 en 12 in plaats van terugslag kleppen ook voorzien zijn van een aantal nauwe openïngen, die bij ontbranding van het mengsel in de explosiekamer voldoende weerstand bieden om de bij de ontbranding optredende drukver-hoging min of meer tot aan de schijven te begrenzen. Bij groter wordende openingen zal een steeds groter deel afgas van de voor gaande verbranding deel uitmaken van het nieuwe mengsel. Daardoor is een vermogens- maar ook en een NOx- reduktie moge lijk. De toevoeropeningen in de wand van de verwijding kunnen zowel in de bodem als in de omtrekswand van de verwijding worden aangebracht. De bougie of het gloei lichaam dient voor het starten van de verbranding. Waneer de temperatuur van het terugstromende of nog in de explosiekamer aanwezige gas hoog genoeg is om het hierin aanwezige brandbare mengsel te ontsteken, kan de stroomtoevoer naar de bougie of het gloei lichaam worden uitgeschakeld.

De beschreven inrichting wordt bij voorkeur met gasvormige of vloeibare brandstof bedreven, doch kan ook worden toegepast met ( poedervormige ) vaste brandstof. Het volume van de explosiekamer bedraagt bijvoorbeeld 500 cms bij een vermogen van ' 30 kWatt, maar in een explosiekamer van 0 40 x 300 cm kan ~ 10 MWatt opgewekt worden, terwij1 de frequentie van de ontbrandingen meestal tussen de 50 en 200 Hz ligt.

Claims (5)

1. Brander voor pulserende verbranding met een explosiekamer die aan de inlaatzijde in verbinding staat met een toevoerbuis voor verbrandingslucht en een toevoerbuis voor brandstof en aan de uitlaatzijde aangesloten is op een of meer afvoerbuizen voor de verbrandingsgassen, met het kenmerk, dat de toevoerbuizen zodanig in elkaar zijn aangebracht dat tussen deze buizen een ruimte aanwezig is, waarbij de binnenste buis in axiale richting verplaatsbaar is ten opzichte van de buitenste buis en aan het naar de explosiekamer toegekeerde uiteinde voorzien is van een verwijding, die aan of nabij het uiteinde met een kraag tegen het binnenoppervlak van de buitenste buis aanligt en voorzien is van openingen in de wand of de kraag voor het toevoeren van het in de ruimte tussen beide buizen aanwezige medium naar de explosiekamer.

2. Brander volgens conclusie 1. met het kenmerk, dat een van openingen voorziene schijf in axiale richting verplaatsbaar in de ruimte tussen binnen en buitenste buis is aangebracht.

5. Brander volgens conclusie l.of 2. met het kenmerk, dat in de verwijding van de binnenste buis een in axiale richting verstelbare schijf is aangebracht die voorzien is van doorlaat-openingen en voorzien kan zijn van een bougie of gloei lichaam.

4. Brander volgens conclusie l.of 2.of 3. met het kenmerk, dat op of in de doorlaatopeningen terugslagkleppen zijn aangebracht.

5. Brander volgens conclusie 3.of 4. met het kenmerk, dat in de binnenste toevoerbuis de toevoerleidingen voor het aanleggen van een elektrische spanning op de bougie of het gloei lichaam zijn ondergebracht.