NO138865B - Fremgangsmaate for forbrenning av flytende brennstoffer, spesielt fyrings- og dieseloljer, og brenner for utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Nærværende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for forbrenning

av flytende brennstoffer, spesielt fyrings- og dleseloljer, sammen med luft, hvor en mekanisk sønderdeling av det flytende brennstoff utgjør det første arbeidstrinnet og en derpå følgende til-førsel av forbrenningsluft neste trinn, idet oppfinnelsen også omfatter en brenner for gjennomføring av forbrenningsprosessen.

Det er allerede kjent forbrenningsprosesser og brennere ved hjelp av hvilke flytende brennstoffer, spesielt fyrings- og dieseloljer kan forbrennes sammen med luft eller andre oksygen-bærere. Det har imidlertid vist seg å være en ulempe ved de kjente brennere at disse ikke kan avstedkomme en støkiometrisk forbrenning, hvilket innebærer at der vil dannes sot ved forbrenning av en brennstoff-luft-blanding med støkiometrisk forhold mellom brennstoff og luft. Denne sotdannelse er ytterst ufordelaktig da forbrenningskammeret og - ved fremstilling av inerte gasser, eksempelvis etterfølgende vaske- og kjøleanordninger vil nedsmusses.

For å unngå denne ikke ønskede sotdannelsen lar man derfor brenneren som regel få arbeide med et visst overskudd av luft for å eliminere faren for en ufullstendig forbrenning av brennstoffet.

En slik forbrenning med luftoverskudd vil imidlertid medføre at røkgassenes oksygengassinnhold blir betraktelig. Ved fremstilling av inerte gasser er således slike forbrenningsprosesser ikke hen-siktsmessige. Det er videre en ulempe ved de kjente forbrennings-metodene at selv ved forbrenning under luftoverskudd ved en endring av luftens eller brennstoffets egenskaper et støkiometrisk eller understøkiometrisk forhold kan oppstå, uten at reguleringsanord-ningen reagerer tilstrekkelig hurtig. Selv ved forbrenning under luftoverskudd kan derfor en kortvarig sotdannelse med dens ufor-

delaktige virkninger ikke unngås.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å anvise en fremgangsmåte for forbrenning av flytende brennstoffer, hvilken fremgangsmåte arbei-der under støkiometriske forhold uten sotdannelse, og som dess-uten t.o.m. ved understøkiometriske forhold, d.v.s. ved for liten lufttilførsel, ikke gir opphav til noen sotdannelse.

Brenneren for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge nærværende oppfinnelsen skal være enkelt konstruert, billig å fremstille, lett å skjøtte og være slik utført at noen ytterligere reguleringsanord-ning ikke fordres.

Nærværende oppfinnelse har spesielt befattet seg med den fremgangsmåte som omfatter forbrenning av flytende brennstoffer ved at dette mekanisk findeles i et trykkfindelende munnstykke, og hvorved brennstoffstrømmen i munnstykkets medstrømsretning utsettes for tangential påvirkning av et gassformig findelingsmedium, og hvoretter det findelte brennstoffet blandes med koaksialt innført luft. Ved å anvende denne type forbrenning har man ifølge oppfinnelsen oppnådd ovenfor nevnte formål ved at det gassformige findelingsmediet, for tangential påvirkning av brennstoffstrømmen, tilføres gjennom flere i et plan vinkelrett på brennstoffstrømmen anordnede kanaler, som munner ut nær trykkmunnstykket tangentialt i ett til dette i nedstrømsretning tilkoblet findelingsrør, som ikke stryper brennstoffstrømmen, hvoretter den dannede blandings-strålen av brennstoff og findelingsmedium blandes med den koaksialt innførte forbrenningsluften i et sylinderformet blandingskammer, som er anordnet i nedstrømsretning i forhold til findelingsrøret som det omgir koaksialt, og hvoretter den nevnte blanding strømmer ut av blandingskammeret gjennom en i blandingsstrålens retning anordnet brenneråpning og inn i ett til brenneråpningen tilkoblet brennerrør, hvis tverrsnitt er mindre enn det sylinderformede blandingskammerets tverrsnitt.

Det har vist seg fordelaktig å la blandingsstrømmen undergå stryping ved utstrømming av blandingskammeret gjennom brenneråpningen.

Det er videre ytterst fordelaktig når sønderdelingsmediet utgjør

en betraktelig del av summen av forbrenningsluft og sønderdelings-medium. Denne del kan oppgå til mellom 10 og 50.$•

Det har vist seg spesielt fordelaktig ved fremstilling av inerte gasser, som bør være så frie som mulig fra nitrogenoksyder, å iverksette sønderdelingen ved hjelp av damp som er overhetet i det minste ca. 75°•

Brenneren for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består av en brenner som omfatter et munnstykke for finfordeling av det flytende brennstoffet under trykk samt ett til dette til-koplet findelingsrør, i hvis mantel det munner ut tilførselsled-ninger for et findelingsmedium i form av tangentialt anordnede findelingskanaler og en tilførselsledning for forbrenningsluft, som etter likeretning med brennstoffstrømmen kontakter denne etter at den har forlat findelingsrøret.

Brenneren ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at findelingskanalene er anordnet i et plan vinkelrett på brennerakselenj at den i brennerens akselretning minste avstanden mellom findelingsmunnstykkets overgang i findelingsrøret og nærmeste kanter til findelingskanalene er 2 mm; at findelingsrøret slutter uten vesentlig arealreduskjon ved et plan som er vinkelrett på brennerakselenj at i brennstoffstrømmens retning etter findelingsrøret anordnet blandingskammer omgis av en sylinderformet mantel; at mantelen overgår i en brenneråpning og at det til brenneråpningen er tilkoblet et brennerrør hvis tverrsnitt er minst 10$ mindre enn tverrsnittet til den sylinderformede mantelen.

Brenneråpningen er fortrinnsvis utført med en munningsvinkel på 20 til 50°, og innsnøringen er valgt på en slik måte at den blandede strømmen av forbrenningsluft og olje Iberegnet sønderdelingsmedium i det minste er så stor at forbrenningsluften føres med av den blandede strømmen av oljedråper og sønderdelingsmedium, men derimot ikke så stor at oljedråpene avsetter seg på de avsmalnende veggene.

For fagfolk er det helt overraskende at det selv ved understøkiomet-riske forhold ikke finner sted noen sotdannelse, men at C0-inn-holdet øker. Det er et ytterligere trekk ved oppfinnelsen at den fra brenneren utstrømmende flammen ikke er gul og ujevn men

oransjeblå med et avgrenset flammeområde.

Ved en annen utførelsesform for oppfinnelsen kan foruten luft og damp en inert gass eller jordgass anvendes for sønderdeling av oljen inne i sønderdelingskanalen. Oljen tilføres brennstoffmunn-stykket under et trykk av mellom 1 og 10 kg/cm , og den mengde som skal forbrennes, reguleres av trykket for forbrenningsmunnstykket.

Hvis luft anvendes som sønderdelingsmedium, kan mellom 10 og 50# av den totale luftmengden for den støkiometriske eller under-støkiometriske forbrenningen tilføres allerede ved sønderdelingen. I gjennomsnitt utgjør sønderdelingsluften omtrent 20$ av den totale luftmengden. Det tilførte sønderdelingsmediets trykk velges med fordel på en slik måte at det kritiske trekkforholdet innstilles for oppnåelse av høyest mulig hastighet, d.v.s. slik at mediet for sønderdeling av oljen tilføres ved trykk over 2,5 kg/cm .

Man har imidlertid ved en anordning ifølge oppfinnelsen oppnådd en god forbrenning også ved mindre trykk og lavere hastighet av sønderdelingsmediet.

Forbrenningsprosessen ifølge nærværende fremgangsmåte skjer i fire trinn ifølge følgende kortfattede beskrivelse: 1. Sønderdeling av det flytende brennstoffet i et brennstoff-sønderdelingsmunnstykke, hvor brennstoffet tilføres sønderdelings-åpningen via tangentiale og skrå kanaler. 2. Tilførsel av sønderdelingsmedium inn i en sønderdelingskanal, hvor sønderdelingsmediet tilføres via tangentiale kanaler i et plan som står vinkelrett eller skrått på sønderdelingsmunnstykkets akse. 3. Innblanding av forbrenningsluft, som strømmer koaksialt og i samme retning som det sønderdelte brennstoffet. 4. Innsnøring av blandingsstrømmen, hvorved man oppnår en bedre sammenblanding av forbrenningsluften og det sønderdelte brennstoffet.

Et utførelseseksempel på en brenner ifølge oppfinnelsen beskrives

i det følgende under henvisning til tegningene. Forbrenningsmetoden ifølge oppfinnelsen beskrives med henvisning til et diagram. Fig. 1 er et diagram, som viser den sønderdelte brennstoffmengdens avhengighet av sønderdelingsmdiet med angivelse av forbrennings-området ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er en tabell over dimensjonene for brennere ifølge oppfinnelsen, hvor sønderdelingsmunnstykkets avstand til brenneråpningen og brenneråpningens diameter angis, hvilken diameter er avhengig av det anvendte brennstoff.

Fig. 3 viser et snitt gjennom en brenner ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4A viser et snitt gjennom sønderdelingsmunnstykket ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4B er et snitt etter linjen B-B i fig. 4A.

Det fremgår av fig. 1 at det for hver brennstoffmengde, som skal forbrennes, fins to grenseområder, mellom hvilke den gode forbrenningen ifølge oppfinnelsen skjer.

Verdiene for en god forbrenning ifølge oppfinnelsen må ligge innen-for de to heltrukne linjene. Det er åpenbart at forbrenningen ifølge oppfinnelsen er avhengig av at det i forhold til det til-førte brennstoff tilføres en bestemt vektmengde sønderdelings-medium, d.v.s. at en bestemt minste impuls i forhold til det for-brente brennstoff anvendes for sønderdelingen. Denne impuls be-stemmes av det tilførte brennstoffets mengde og trykk.

Brenneren ifølge oppfinnelsen består av en sønderdelingsdel 10, som er koaksialt omgitt av en sylindrisk mantel 11. Forbrenningsluftens tilførsel skjer via en ringkanal 15 gjennom en tilførselsledning 16. På den sylindriske mantelen 11 er festet en plate med et konisk innad-avsmalnende hull, som betegnes som brenneråpning. Et brenner-rør 13 danner en fortsettelse på brenneråpningens minste tverrsnitt. Brenneråpningens diameter og dens avstand fra sønderdelings-delen 10 fremgår av tabellen i fig. 2. Beliggenheten av målene a og b fremgår av tabellen i fig. 3, idet a utgjør brenneråpningens ovennevnte avstand og b dens diameter.

Innsnøringen inne i brenneråpningen d.v.s. dens konisitet angis ved en vinkel ol i forhold til brenneraksen. Vinkelen utgjør minst 20 og høyst 50°.

I sylindermantelen 11 er innbygget en tennstift 18, som bevirker en tenning ved forbrenningens begynnelse. Tennstiftens konstruksjon og arbeidsmåte er tidligere kjent, hvorfor en nærmere beskrivelse er unødvendig. Sylindermantelen 11 likesom ringkanalen 15 er ved den mot brennkammeret vendte enden forsynt med en plate 19 med et vindu 17, en tilløpsledning 20 for oljen resp. brennstoffet og en tilløpsledning 21 for sønderdelingsluft resp. sønderdelingsmedium. For overvåking av flammen fins en tilslutning 14.

Sønderdelingsdelen 10 har ifølge fig. 4 et mekanisk trykksønder-delingsmunnstykke 1 for brennstoffet, hvilket munnstykke slutter rett før en sønderdelingskanal 2. I sønderdelingskanalen 2 utmunner tangentiale kanaler 3 1 en minste avstand av 2 mm fra trykksønder-delingsmunnstykket 1. Sønderdelingsmediet tilføres gjennom disse kanaler 3 i et plan, som forløper vinkelrett eller skrått mot brenneraksen.

Det er altså et vesentlig karakteristisk trekk ved oppfinnelsen at sønderdelingsmediet tilføres gjennom disse tangentiale kanaler, og at den angjeldende avstand utgjør det ovennevnte, minste målet. Sønderdelingskanalen 2 munner ut i et plan 4, som likeledes står vinkelrett på brenneraksen.

Tilførselen av sønderdelingsluft resp. sønderdelingsmedium skjer ifølge fig. 4 via en ringkanal 9 til boringene resp. kanalene 3» slik at disse tilføres samme mengder luft resp. medium.

Da såvel trykksønderdelingsmunnstykket 1 som sønderdelingsdelen 10 for øvrig er utført i samsvar med teknikkens nåværende standpunkt, turde en detaljert beskrivelse ikke være nødvendig i dette til-felle. For fagfolk er det åpenbart at konstruksjonen av brenneren ifølge oppfinnelsen er overordentlig enkel, og at denne kan arbeide uten driftsforstyrrelser. For fagfolk er det derfor desto mer overraskende at man med brenneren ifølge oppfinnelsen kan opp-nå en sotfri forbrenning ikke bare ved støkiometriske men også ved understøkiometriske forhold.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for forbrenning av flytende brennstoff, særlig fyrings- og dieseloljer, sammen med luft, spesielt ved fremstilling av inerte gasser, hvorved det flytende brennstoffet mekanisk findeles i et trykkfindelende munnstykke, og hvorved brenn-stoffstrømmen i munnstykkets medstrømsretning utsettes for tangential påvirkning av et gassformig findelingsmedium, og hvoretter det findelte brennstoffet blandes med koaksialt innført luft, karakterisert ved at det gassformige findelingsmediet, for tangential påvirkning av brennstoffstrømmen, tilføres gjennom flere i et plan vinkelrett på brennstoffstrømmen anordnede kanaler (3), som munner ut nær trykkmunnstykket (1) tangentialt i ett til dette i nedstrømsretning tilkoblet findelingsrør (2), som ikke stryper brennstoffstrømmen, hvoretter den dannede blandings-strålen av brennstoff og findelingsmedium blandes med den koaksialt innførte forbrenningsluften i et sylinderformet blandingskammer, som er anordnet i nedstrømsretning i forhold til findelingsrøret som det omgir koaksialt, og hvoretter den nevnte blanding strømmer ut av blandingskammeret gjennom en i blandingsstrålens retning anordnet brenneråpning (12) og inn i ett til brenneråpningen tilkoblet brennerrør, hvis tverrsnitt er mindre enn det sylinderformede blandingskammerets tverrsnitt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingsstrømmen undergår stryping ved utstrømming av blandingskammeret gjennom brenneråpningen (12).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at findelingsmediet er luft, som utgjør mellom 10 og 50$ av den totale mengden forbrennings- og findelingsluft.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes på i og for seg kjent måte overhetet .damp som findelingsmedium.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at inertgass eller naturgass anvendes som findelingsmedium.

6., Anordning for utførelse-av fremgangsmåten ifølge kravene 1 r .4, bestående av en brenner som omfatter et munnstykke (I) for findeling av det flytende brennstoffet under trykk samt ett .til.dette tilkoblet, findelingsrør .(2), i hvis mantel det munner ut tilførselsledninger for et findelingsmedium i form av tangentialt anordnede findelingskanaler (3) og en tilførselsledning (16) for forbrenningsluft, som etter likeretning med brennstoffstrømmen kontakter denne etter at den har forlatt findelingsrøret (2), karakterisert ved at findelingskanalene (3) er anordnet i.et plan vinkelrett på brenneraksenj at den i brennerens akseretning minste avstanden mellom findelingsmunnstykkets (l) overgang i findelingsrøret (2) og nærmeste kanter til findelingskanalene (3) er 2 mm; at findelingsrøret (2) slutter uten vesentlig .arealreduksjon ved et plan (4) som er vinkelrett på brenneraksen; at i brennstoffstrømmens retning etter findelingsrøret (2) anordnet blandingskammer omgis av en sylinderformet mantel (11); at mantelen (II) overgår i en brenneråpning (12) og at det til brenneråpningen (12) er tilkoblet et brennerrør (13) hvis tverrsnitt er. minst 10$ mindre enn tverrsnitt til den sylinderformede mantelen (11).

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at brenneråpningen (12) smalner av i form av eh avkortet kjegle, hvis avkortede kjegles manteloverflate har en vinkeloc til brenneraksen, og den nevnte vinkel er fra 20 - 50°.