NO121231B

NO121231B -

Info

Publication number: NO121231B
Application number: NO3353/68A
Authority: NO
Inventors: W Buchanan; H Straight
Original assignee: Exxon Co
Priority date: 1967-08-29
Filing date: 1968-08-28
Publication date: 1971-02-01
Also published as: DK142822B; NL6812292A; NL166114B; DE1751648C2; SE386502B; US3476494A; DE1751648A1; GB1234455A; DK142822C; NL166114C; FR1584392A

Description

Brenneranordning for flytende brennstoff. Burner device for liquid fuel.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en brenneranordning The present invention relates to a burner device

for flytende brennstoff, bestående av et sylindrisk brennkammer foret med ildfast materiale, hvilket kammer har et sirkulært utløp i den ene enden for avløp av forbrenningsprodukter fra kammeret, og et sirkulært innløp i motsatt ende av kammeret, for innføring av flytende brennstoff og hvirvlende luft, samt luft-innføringsinnretninger i forbindelse med innløpet, for innføring av luft i skrueformet hvirvel til forbrenningskammeret. for liquid fuel, consisting of a cylindrical combustion chamber lined with refractory material, which chamber has a circular outlet at one end for the discharge of combustion products from the chamber, and a circular inlet at the opposite end of the chamber, for the introduction of liquid fuel and swirling air, as well as air introduction devices in connection with the inlet, for the introduction of air in a helical vortex to the combustion chamber.

Hensikten ved foreliggende oppfinnelse er å tilveie- The purpose of the present invention is to provide

bringe en brennerkonstruksjon av hvirveltypen, dvs. ovennevnte type, som gir en "blå flamme" eller "flammeløs" forbrenning med bring a burner construction of the vortex type, i.e. the above type, which provides a "blue flame" or "flameless" combustion with

et minimalt luftoverskudd. Videre går oppfinnelsen ut på å oppnå en øket varmeytelse pr. forbrenningsrom-volumenhet i brenneren samt oppnå høy stabELitetsgrad og minimal pulseringsstøy. a minimal air surplus. Furthermore, the invention aims to achieve an increased heat output per combustion chamber volume unit in the burner as well as achieving a high degree of stability and minimal pulsation noise.

Dette er ifølge oppfinnelsen primært oppnådd ved hjelp av et forbedret hvirvel-luftinntak eller hvirvelløp som gir maksimal hvirvelvirkning med minimalt trykkfall. According to the invention, this is primarily achieved by means of an improved vortex air intake or vortex run which gives maximum vortex effect with minimal pressure drop.

Dette luftinntak eller innløp omfatter et sylindrisk luftinnløpskammer med diameter Hike stor som innløpsåpningen til forbrenningskammeret, og er forsynt med flere tangensiale dyser omkring periferien. Trykkluft presses inn i luft innløp skammer et som omgir disse tangensialt anbrakte dyser, og luften vil tangensialt løpe inn i hvirvlingshylsen og danne en indre lufthvirvel. Når hvirvelen beveger seg inn i forbrenningskammeret, reguleres ekspansjonen over i forbrenningskammerets større diameter ved anbringelse av et ringformet innsatsstykke i bunnen av forbrenningskammeret. Vinkelen på innsatsstykkets innad-rettede flate er omtrent den samme som spredevinkelen fra brennstoff dus jen som kommer inn fra brennstoffdysen, hvilken ligger omtrent i forbrenningskammerets innløpsplan. På denne måte økes flammestabiliteten og en forlenger hvirvelbevegelsen hos luften som går inn i forbrenningskammeret. Videre frembyr innsåt sstykket anbrakt i dette kritiske område av forbrenningskammeret, en hete-flate som medvirker ved fordamping av brennstoffet. Innsprøytning av brennstoff i forbrenningskammeret med en spredevinkel som er omtrent like stor som innsatsstykkets divergensvinkel, innfører brennstoffet i et område hvor det kan forbrenne umiddelbart under optimale "blå flamme"-betingelser. Dette trekk med oppnåelse av et miljø for optimal forbrenning har medvirket til å frembringe en brenner med meget høy varmeutbytte pr. volumenhet av for-brenningsrommet, hvor flammen er meget stabil og derfor frembringer minimal støy. Denne støydemping er av betraktelig betydning ved brennere som har en kapasitet på omkring 12 millioner kcal/ time. This air intake or inlet comprises a cylindrical air inlet chamber with a diameter Hike as large as the inlet opening to the combustion chamber, and is provided with several tangential nozzles around the periphery. Compressed air is forced into an air inlet chamber that surrounds these tangentially placed nozzles, and the air will run tangentially into the vortex sleeve and form an internal air vortex. When the vortex moves into the combustion chamber, the expansion into the larger diameter of the combustion chamber is regulated by placing an annular insert in the bottom of the combustion chamber. The angle of the insert's inwardly directed surface is approximately the same as the spreading angle from the fuel shower coming in from the fuel nozzle, which lies approximately in the combustion chamber's inlet plane. In this way, flame stability is increased and the swirling movement of the air entering the combustion chamber is prolonged. Furthermore, the insert placed in this critical area of the combustion chamber produces a hot surface that contributes to vaporization of the fuel. Injecting fuel into the combustion chamber at a spread angle approximately equal to the insert divergence angle introduces the fuel into an area where it can burn immediately under optimal "blue flame" conditions. This feature of achieving an environment for optimal combustion has helped to produce a burner with a very high heat yield per volume unit of the combustion chamber, where the flame is very stable and therefore produces minimal noise. This noise attenuation is of considerable importance for burners that have a capacity of around 12 million kcal/hour.

De karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de efterfølgende krav, og en utførelsesform av oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det følgende med henvisning til tegningen hvor The characteristic features of the invention will be apparent from the subsequent claims, and an embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the drawing where

fig. 1 viser en utførelsesform av oppfinnelsen sett del- fig. 1 shows an embodiment of the invention seen partially

vis i snitt etter linjen I-l i fig. 2, show in section along the line I-1 in fig. 2,

fig. 2 er et riss i delvis snitt etter linjen II-II i fig. 1, fig. 2 is a view in partial section along the line II-II in fig. 1,

fig. 3 viser brenneranordningen i delvis snitt etter linjen III-III i fig. 1, fig. 3 shows the burner device in partial section along the line III-III in fig. 1,

fig. 4 er et frontriss av luftinnføringskammeret etter linjen IV-IV i fig. 3, fig. 4 is a front view of the air introduction chamber along the line IV-IV in FIG. 3,

fig. 5 er et perspektivisk riss av en form av luftinn-løpshylsen i henhold til oppfinnelsen, fig. 5 is a perspective view of one form of the air inlet sleeve according to the invention,

fig. 6 er analog med fig. 1 og viser en modifisert form av oppfinnelsen, og fig. 6 is analogous to fig. 1 and shows a modified form of the invention, and

fig. 7 er som fig» 5> et perspektivriss av en annen form av luftinnløpshylsen. fig. 7 is, like FIG. 5, a perspective view of another form of the air inlet sleeve.

Under henvisning til de enkelte tegninger vil en se brenneren generalt angitt med 10, montert i en typisk ovnsvegg 12 med en ringflens 20. En tynn asbestpakning 22 er anvendt for å lukke "mellomrommet mellom ovnsveggåpningen og yttersiden av brenneren 10. Man ser bare en del av ovnsveggen 12, men det antas at det finnes et ovnsrom betegnet med 14. Brenneren 10 omfatter en forbrenningskammerdel 16 omgitt av en metallhylse eller -kappe l8. Det indre av forbrenningskammeret, som dannes av nevnte ytre kappe 18, utgjøres av flere lag 24 av ildfast isolasjons-materiale. Det innerste ildfaste lag 24 omfatter et ringformet innsåtsstykke med konisk bunndel 26 som omgir luft- og brennstoff-innløpet 27 nederst i forbrenningskammeret 16. With reference to the individual drawings, one will see the burner generally indicated by 10, mounted in a typical furnace wall 12 with an annular flange 20. A thin asbestos gasket 22 is used to close the "space between the furnace wall opening and the outside of the burner 10. You only see a part of the furnace wall 12, but it is assumed that there is a furnace space denoted by 14. The burner 10 comprises a combustion chamber part 16 surrounded by a metal sleeve or jacket 18. The interior of the combustion chamber, which is formed by said outer jacket 18, is made up of several layers 24 of refractory insulation material The innermost refractory layer 24 comprises an annular insert piece with a conical bottom part 26 which surrounds the air and fuel inlet 27 at the bottom of the combustion chamber 16.

Luft- og brennstoff-innløpsenden 30 består av en ende-plate 32 festet på venlig måte til den ytre kappe 18 ved hjelp av en flens 34» Et lufthvirveldyse^kammer eller -hylse 38 er festet til innersiden av endeplaten 32 med en sveis 42. Lufthvirvel-hylsen 38 strekker seg fra platen 32 gjennom et luftinnførings-felleskammer 36 og inn i forbrenningskammerets innløpsåpning 27, og avslutter og ligger inntil det koniske innsatsstykke 26. Den åpne ende av den indre hvirvelhylse 38 er understøttet i forbren-ningskammeråpningen 27 ved hjelp av en egnet pakningsring 28 som kan være av asbest eller annet egnet materiale. The air and fuel inlet end 30 consists of an end plate 32 attached in a friendly manner to the outer jacket 18 by means of a flange 34. An air vortex nozzle, chamber or sleeve 38 is attached to the inside of the end plate 32 by a weld 42. The air vortex sleeve 38 extends from the plate 32 through an air introduction common chamber 36 and into the combustion chamber inlet opening 27, and terminates and rests against the conical insert piece 26. The open end of the inner vortex sleeve 38 is supported in the combustion chamber opening 27 by means of a suitable sealing ring 28 which can be made of asbestos or other suitable material.

Under spesiell henvisning til figurene 2, 4 og 5> vil oppbygningen av lufthvirveldyse-hylsen 38 lett forstås. Hylsen 38 består av flere tangensiale innløpsdyser 40 som mottar trykkluft fra en egnet vifte (ikke vist) som står i forbindelse med luftinnløpsflensen 41* Forbrenningsluften som strømmer gjennom dysene 4-0» nar fått en hvirvelbevegelse omkring innerveggene i hylsen 38, og ekspanderer deretter ut i forbrenningskammerets innløpsende. Det indre av hylsen 38 består av et bærerør 44 for brennstoffdysen, med flere settskruer 46 anbrakt langs omkretsen på utsiden av endeplaten 32. Disse skruer 46 er anbrakt slik at en brennstoffdyse som generelt er vist ved 48» enkelt kan reguleres aksialt, slik at utløpsåpningenes plan i forhold til dysespredevinkelen, kommer i en optimal stilling til vinkel og plassering av innsåtsstykket 26, i den hensikt å oppnå den mest virkningsfulle forbrenning. Den indre :enden av brennerrøret 44 bæres av en luftkammerkonus 50 som er forsynt med et antall gjennomgående åpninger 52. Denne konus 50 bærer den indre ende av røret 44 og forhindrer samtidig at gassprodukter fra for-brenningen ved sirkulasjon bevirker en tilbaketrengning av flammefronten i forbrenningskammeret bakover forbi konusen, With particular reference to Figures 2, 4 and 5>, the construction of the air vortex nozzle sleeve 38 will be easily understood. The sleeve 38 consists of several tangential inlet nozzles 40 which receive compressed air from a suitable fan (not shown) which is in connection with the air inlet flange 41* The combustion air that flows through the nozzles 4-0" is given a vortex movement around the inner walls of the sleeve 38, and then expands out at the inlet end of the combustion chamber. The interior of the sleeve 38 consists of a support tube 44 for the fuel nozzle, with several set screws 46 placed along the circumference on the outside of the end plate 32. These screws 46 are placed so that a fuel nozzle generally shown at 48" can be easily adjusted axially, so that the outlet openings plane in relation to the nozzle spread angle, comes in an optimal position to the angle and position of the insert piece 26, with the aim of achieving the most effective combustion. The inner end of the burner tube 44 is supported by an air chamber cone 50 which is provided with a number of through openings 52. This cone 50 supports the inner end of the tube 44 and at the same time prevents gas products from the combustion by circulation causing a retraction of the flame front in the combustion chamber backwards past the cone,

hvorved brennerens bakre deler blir effektivt beskyttet. På forbrenningskammerets 16 yttervegg er det anbrakt et kikkhull 54 hvorigjennom man kan inspisere forbrenningskammeret. En lignende inspeksjonsanordning er anbrakt i endeplaten 32 for å kunne se flammen i aksial retning. Observasjon gjennom kikkhullet 54 i bakplaten 32 gjøres gjennom åpningene 52 i konusen 50> med til-strekkelig diameter til at en slik inspeksjon gjøres mulig. whereby the rear parts of the burner are effectively protected. On the outer wall of the combustion chamber 16, there is a viewing hole 54 through which the combustion chamber can be inspected. A similar inspection device is placed in the end plate 32 to be able to see the flame in an axial direction. Observation through the peephole 54 in the back plate 32 is done through the openings 52 in the cone 50> of sufficient diameter to make such an inspection possible.

Hver av de tangensiale innløpsdyser 40 består av et par tilstøtende perpendikulære sidevegger 56, samt et par konvergerende sidevegger 58 som også støter til hverandre. På denne måten oppnås et minimalt trykkfall gjennom innløpsdysen 40, og i kombinasjon med den konstante diameter på hylsen 38» nar m& n oppnådd en brenner i henhold til oppfinnelsen, som har ekstremt lavt kraftforbruk i forbindelse rrred innført luft, samt meget høy brenner-effekt på grunn av den optimale stilling for brennstoffdysene i forhold til den ekspanderende forbrenninsluft-hvirvel. Spesielt skal det bemerkes at brennstoffdusjens divergensvinkel fra enden av brennstoffrøret 48 er omtrent den samme som vinkelen mellom den ringformede innerflate på innsåtsstykket 26. Fortrinnsvis ligger disse divergensvinkler for innsåtskonusen og brennstoff-dusjen på mellom 90° og 100°. Each of the tangential inlet nozzles 40 consists of a pair of adjacent perpendicular side walls 56, as well as a pair of converging side walls 58 which also abut each other. In this way, a minimal pressure drop is achieved through the inlet nozzle 40, and in combination with the constant diameter of the sleeve 38" a burner according to the invention is obtained, which has extremely low power consumption in connection with introduced air, as well as very high burner power due to the optimal position of the fuel nozzles in relation to the expanding combustion air vortex. In particular, it should be noted that the fuel shower's divergence angle from the end of the fuel pipe 48 is approximately the same as the angle between the annular inner surface of the insert piece 26. Preferably, these divergence angles for the insert cone and the fuel shower are between 90° and 100°.

Anordningen av nevnte koniske innsåtsbunn med denne vinkel medvirker i høy grad til forbrenningsstabilitet, og former brennstoff-lufthvirvel-veiene og forlenger forbrenningsluftens hvirvelbevegelse. Videre hindrer det koniske innsåtsstykke 26 en for sterk lufthvirvling, som ellers kunne ekspandere i en for stor vinkel, hvilket ville resultere i dårlig blanding av brensel og luft. Med andre ord, vil anbringelsen av innsatsstykket 26 angi den øvre grense for den divergensvinkel som lufthvirvelen som kommer ut fra hylsen 38, kan anta. Dette trekk, i kombinasjon med luftinnløpshylsens 38 konstante og lille diameter, frembringer en ny og forbedret brenner med vesentlig forbedrede for-brenningsegenskaper. The arrangement of said conical insert base with this angle contributes to a high degree to combustion stability, and shapes the fuel-air vortex paths and prolongs the vortex movement of the combustion air. Furthermore, the conical insert piece 26 prevents a too strong air vortex, which could otherwise expand at too great an angle, which would result in poor mixing of fuel and air. In other words, the placement of the insert 26 will set the upper limit for the angle of divergence that the air vortex emerging from the sleeve 38 can assume. This feature, in combination with the constant and small diameter of the air inlet sleeve 38, produces a new and improved burner with substantially improved combustion properties.

Under henvisning til figurene 6 og 7» er det her vist With reference to Figures 6 and 7" it is shown here

en modifisert brennerform. Deler som har analoge funksjoner, er gitt like henvisningstall og beskrives ikke om igjen. Imidler-tid ser man at brennerne på fig. 6 og 7 omfatter et noe forandret lufthvirvelkammer 60 med flere ikke-konvergerende tangensiale dyser 62. Dysetverrshittet gjennom dysene 62 er konstant. Selv om det kan kreves noe høyere trykkfall enn med de konvergerende tverrsnitt på figurene 4 og 5 i første utførelse, oppnås en a modified burner shape. Parts that have analogous functions are given the same reference numbers and are not described again. However, one can see that the burners in fig. 6 and 7 comprise a slightly modified air vortex chamber 60 with several non-converging tangential nozzles 62. The nozzle cross-heat through the nozzles 62 is constant. Although a somewhat higher pressure drop may be required than with the converging cross-sections in Figures 4 and 5 in the first embodiment, a

høyere tangensial-hastighet med denne modifiserte dyse-konstruk-sjon. Forbrenningskammeret 16 i brenneren på fig. 6 omfatter en innsnevret utløpsåpning 68 som dannes ved økende og konvergerende tykkelse på det ildfaste foringsmateriale 64. På denne måte oppnås høyere utgangshastigheter på forbrenningsproduktene, enn de hastigheter som kunne oppnås med en ikke innsnevret utløpsåpning som på forbrenningskammeret 16 på fig. 1. Fortrinnsvis er utløps-åpningens 68 diameter mindre enn halvparten av lengden av forbrenningskammerets l6 konvergerende sidevegger, idet disse vegger utgjør brennerens blåseparti. Dette forhold mellom diameter og lengde vil sikre at en veldefinert, stabil strøm av forbrenningsprodukter kastes inn i det tilstøtende ovnsrom 14. higher tangential speed with this modified nozzle construction. The combustion chamber 16 in the burner in fig. 6 comprises a narrowed outlet opening 68 which is formed by increasing and converging thickness of the refractory lining material 64. In this way, higher output velocities of the combustion products are achieved than the speeds that could be achieved with a non-narrowed outlet opening as on the combustion chamber 16 in fig. 1. Preferably, the diameter of the outlet opening 68 is less than half the length of the converging side walls of the combustion chamber 16, these walls forming the blowing part of the burner. This ratio between diameter and length will ensure that a well-defined, stable stream of combustion products is thrown into the adjacent furnace space 14.

Claims

1. Burner device for liquid fuel, consisting of a cylindrical combustion chamber lined with refractory material, which chamber has a circular outlet at one end for the drainage of combustion products from the chamber, and a circular inlet at the opposite end

end of the chamber, for the introduction of liquid fuel and swirling air, as well as air introduction devices in connection with the inlet, for the introduction of air in a helical vortex to the combustion chamber, characterized in that the air introduction device consists of a cylindrical, elongated sleeve (38) with essentially uniform diameter throughout its length, and which is substantially the same as the diameter of the inlet (27) and a number of tangential air inlet channels (40) placed around the circumference, for the introduction of air to the sleeve (38).

2. Burner device as specified in claim 1, characterized in that the inlet channels (40) have a tapering, rectangular cross-section in the direction of the air flow.

3. Burner device as set forth in claim 1, further characterized by fuel nozzle devices which are concentric with the axis of the sleeve (38) and which have a spreader nozzle (48) which essentially lies in a plane through the circular inlet (27) for introducing fuel in the combustion chamber (16), an annular, conical insert (26) in the combustion chamber and around the circular inlet (27), where the divergence angle of the conical insert is approximately the same as the divergence angle of the spreader nozzle (48).

4. Burner device as stated in claim 3> characterized by an annular plate device (50) provided with a series of openings (52), which plate device extends between the fuel nozzle device and the cylindrical sleeve (38) to prevent a backward propagation of the flame from the combustion chamber ( l6) past the plate device (50).

5. Burner device as specified in claim 3i, characterized in that the divergence angle of the insert (26) lies approximately between 90° and 100°.

6. Burner device as stated in claim 1, characterized in that a part of the inner walls of the combustion chamber (16) tapers to form an outflow part (64) which terminates in a circular outlet (68), where the outlet diameter is less than 50$ of the axial length of said flow part (64), whereby a well-defined and stable nozzle-like jet outflow of combustion products is achieved.