NO145998B - Blaabrennende oljebrenner. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en blåbrennende oljebrenner

av den type som er angitt i innledningen til patentkrav 1.

Blåbrennende oljebrennere forutsetter at den olje som forbrennes, er fullstendig forgasset før forbrenningen finner sted. Drift av en oljebrenner ned blå flamme har den fordel at denne kan arbeide med ekstremt lite luftoverskudd slik at det skjer en nesten støkiometrisk forbrenning. Da forbrenningen arbeider med et meget lite luftoverskudd, tilveiebringes en meget varm flamme som utnytter optimalt den i brenselet inneholdte energi og fører til en forbedret varmeovergang. Dessuten inneholder avgassene i forhold til avgassene fra en optimalt innstilt oljebrenner med gulbren-nende flamme mye mindre skadelige stoffer (sot, N0X, SO^)•

Ved en kjent oljebrenner av den nevnte type ligger blanderøret i et sylindrisk kammer som har en loddrett på blanderøraksen stående akse og i hvis vegg det er anordnet innløp for tilførsel av sekundærluft, foran- hvilke .innløp den ved hjelp av blanderøret forbehandlede, luftfattige gassblanding da brenner med blå flamme (Proe. World Petr. Congr., 7th, Volume 7, Sect. on Application and New Uses,

Part 1, sidene 125/126 - 1967, og tidsskriftet "Oel + Gas", 11/6 2, side 15) .

Det er videre kjent en brenner med en oppdemmings-skive som er anordnet i brenriermunnstykket på oljeforstøv-ningsdysens nedstrømsside, og ved hvilken det i strømmen fra den fra brennermunnstykket utstrømmende flamme i tillegg er innbygget en injektorliknende og som varmeveksler virken-de forsats for delvis tilbakeføring av forbrenningsgassene til den utviklede flamme med henblikk på tilleggsoppvarming og etterforbrenning. Forsatsen består derved av et med brennermunnstykket koaksialt, ytre flammeføringsrør i hvilket det koaksialt er anordnet et i strømningsretningen av-smalnende rør med hvilket det oppnås en tvunget tilbakefø-ring av forbrenningsgassene. Flammeføringsrøret og inner-røret har begge et forhold mellom lengde og diameter på

L : D 0,72. Forholdet mellom kammerets og rørets diame-

ter ligger rundt 2 (DE-OS 2 059 693).

Ved en ytterligere kjent forsats av den sist-nevnte type (Tidsskriftet "01 + Gas" 10/67, s. 41, bilde 13, øvre del) er det koaksialt i flammeføringsrøret beliggende rør sylindrisk utformet. Flammeføringsrøret, som ved sin utløpsende er forsynt med en innsnevring, har derved et forhold mellom lengde og diameter på L : D «<*> 1,35, og innerrøret har et forhold mellom lengde på diameter på

L : D w 1,65. Forholdet mellom flammeføringsrørets og innerrørets diameter ligger rundt 2,8.

Ved anvendelse av sådanne som forbrenningskamre kjente forsatser kan det ved tilsvarende valg av luftover-skuddsforholdet oppstå en forbrenning med blå flamme.

Det er videre kjent en oljebrenner for etter-støkiometrisk drift ved hvilken forbrenningsluften tilføres gjennom en ringformet drivdyse som er utformet i det indre av et blanderør og som ved hjelp av injektorvirkning bevir-ker en tilbakestrømning av varme forbrenningsgasser fra et på blanderørets nedstrømsside beliggende brennkammer. Oljen blir via en koaksialt til blanderøret beliggende trykkfor-støvningsdyse på drivdysens oppstrømsside innsprøytet i de resirkulerende forbrenningsgasser og derved termisk Og kjemisk forbehandlet før den blandes med forbrenningsluften og tilføres til den egentlige forbrenningsprosess. Den av de resirkulerende forbrenningsgasser omspylte trykkforstøv-ningsdyse trenger derved en spesiell kjøling som bevirkes ved hjelp av sirkulerende brennstoffoverskudd. Denne brenner oppviser på blanderørets nedstrømsside et kort brennkammer som er forsynt med en ildfast foring. Utformingen av -drivdysen inne i blanderøret betinger en komplisert ut-forming som ved mindre ytelser bare kan realiseres i støpe-gods og som for blanderøret fører til en betydelig masse (Tidsskriftet "Dl- und Gasfeuerung", 1967, sidene 656 til 662) .

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en blåbrennende oljebrenner av den innledningsvis nevnte type som med enkel oppbygning sikrer en høy driftssikkerhet og ved hvilken forbrenningen i vidtgående grad er uavhengig av størrelsen av og formen på varmekjelens ildsted.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at blanderøret er koaksialt omgitt av flammerøret og at brenner-åpningen er den eneste passasje for forbrenningsluften, idet

a) blanderøret har et forhold mellom lengde og diameter som er mindre eller lik 1,75, b) flammerøret har et forhold mellom lengde og diameter på ca. 2,5 til 3, og c) flammerøret har en diameter som tilnærmet svarer til det doble inntil det 2,5-doble av blanderørets diameter.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i underkravene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningen som viser et lengdesnitt gjennom en oljebrenner ifølge oppfinnelsen med dennes overvåknings- og forsynings-anordninger.

Den viste brenner 2 oppviser et kammer 4 i-hvilket på vanlig måte en trykkforstøvningsdyse 6 er fastholdt på en-den av et oljetilførselsrør 8. I røret 8 innmates oljen via en oljepumpe 10 som drives av en motor 12 som samtidig på vanlig måte driver en vifterotor 14. Over en håndmanøvrert strupeventil 16 og et elektromagnetisk manøvrert avsteng-ningsorgan 18 mater pumpen 10 olje til oljerøret 8 som bærer forstøvningsdysen 6. Viften 14 tilfører luft til huset 4 over en luftkanal 20, og nærmere bestemt over en strupeventil 22 med en luftventil eller et luftspjeld 24 som er still-bart ved hjelp av en motor 26. Ved hjelp av en på oljerøret 8 anordnet holder 28 fastholdes et tennelektrodepar 30 som står i forbindelse med en tenntransformator 32.

I en avstand L3 foran trykkforstøvningsdysens 6 munning er det anordnet en vegg 34 med en blenderåpning 36 som er koaksial med dysens akse. I en avstand fra blenderåpningen 36 er det anordnet et blanderør 38 som via holde-steg 40 er festet til veggen 34. Blanderøret 38 ligger i et ytre rør 42 som danner flammerøret.

Blenderens 36 diameter D^ og anordningen og dimensjoneringen av blanderøret 38 og flammerøret 42 står i be-stemte kritiske forhold til hverandre, slik det skal beskri-

ves i detalj i det etterfølgende.

Forstøvnings- eller finfordelerdysen bør være stillbar i akseretningen for å kunne endre luftgjennommat-ningen og oljetåkeinnstrømningen og dermed føre til en opti-mal blandingsdannelse.

Blenderdiameteren D, må velges slik at luften, ved et leveransetrykk for viften 14 som svarer til det vanlige leveransetrykk for handelsvanlige oljebrennere, strømmer gjennom blenderåpningen 36 med en forutbestemt hastighet, idet blenderåpningen er den eneste passasje for forbrennings-luft.

Diameteren D-^ av det runde blanderør 38 er fortrinnsvis ca. 1,4 til 1,45 ganger så stor som blenderdiame-teren D^, idet den er minst det 1,25-doble og høyst det 1,7-doble. Blanderørets lengde L-^ er mindre enn det 1,75-doble av blanderørdiameteren D-^, og fortrinnsvis er L-^ 1,25 D^. Iblant kan det også være tilstrekkelig med et forhold L-^D-^

Blanderørets 38 avstand fra veggen 34 er valgt slik at det fåes et radialt gjennomstrømningsavsnitt som er minst én til tre ganger så stort som differansen mellom

blendertverrsnittet og blanderørtverrsnittet.

Flammerørets 42 diameter D2 er ca. det doble til 2,5-doble av blanderørets diameter D^, og forholdet mellom flammerørets lengde L^ og diameter D2 er ca. 2,25 inntil 5 til 1, fortrinnsvis 2,5 inntil 3 til 1.

For trykkforstøvningsdysen 6 er det hensiktsmessig med en sprutkonus på ca. 60 til 80°. Særlig gode resultater oppnås med en dyse med hul-sprutkonus. Ved innkopling av oljebrenneren blir vanligvis først motoren 12 innkoplet. Samtidig lukkes strupespjeldet 24 dersom dette ikke allerede ved utkoplingen av oljebrenneren er lukket. En kort tid senere blir det til tennelektrodene 30 tilført spenning, og deretter åpnes magnetventilen 18 slik at den fra oljepumpen 10 transporterte olje ankommer til trykkforstøvningsdysen 6. Samtidig blir luft fra viften 14 innført i kammeret 4. Den utstrømmende blanding tennes ved hjelp av tennelektrodene. Det danner seg da en flamme i den del av flammerøret 42 som ligger foran blanderørets 3 8 nedstrømsende. Samtidig med antennelsen blir strupespjeldet 24 under styring av regu-leringsorganer dreid til driftsstilling. Blenderens 36 diameter er dimensjonert slik at luften inne i blanderøret 38 har en slik hastighet at partiklene i den finfordelte olje ved åpnet .luftstrupespjeld ikke treffer blanderørets 38 innervegg. Ved hjelp av luftkjernestrålen blir oxygenfattig forbrenningsgass sugd via ringrommet rundt blanderøret 3 8 fra flammens bakside via åpningene ved den på oppstrømssiden beliggende bakside av blanderøret. Disse varme forbrenningsgasser omslutter kjernestrålen og avgir varme til kjernestrålen. Et ytterligere kriterium for dimensjoneringen av blenderåpningen og lufthastigheten ligger i at lufthastig- . heten i blanderøret 38 skal være større enn flammens hastighet, slik at det sikres at flammen brenner i en avstand fra den på nedstrømssiden beliggende ende av blanderøret 38. Ut fra de gitte driftsbetingelser fremkommer samtidig den minste avstand mellom dén mot veggen 34 vendende ende av blanderøret 38 og veggen 34. Denne avstand må velges slik at de resirkulerende gasser med lavest mulig tap strømmer inn i blanderøret 3 8 og kan blande seg med kjernestrålens oljetåke/luft-blanding méd henblikk på varmeutveksling. Ved forsøksbrennere har følgende dimensjoner vist seg å være gunstige:

1. Ved anvendelse av en trykkforstøvningsdyse for en gjennommatning på 2,27 - 2,95 l/h,

fremkom det over hele gjennommatnings-

området meget stabile, blåbrennende flammer.

2. Ved anvendelse av en trykkforstøvningsdyse for en gjennommatning på 2,95 - 4,09 l/h ble blenderens 36 diameter D^ øket til 25 - 31 mm under bibeholdelse av de øvrige dimensjoner. Også her ble det over gjennommatningsom-rådet oppnådd stabile, blåbrennende flammer.

En for fabrikasjon bestemt byggeserie har følgende hoveddimensjoner (alle mål i mm):

Ved alle modeller var dyseåpningens avstand fra luftblenderens forkant lik 2'mm.

På prøvestat.i vet ble det for alle modeller fast-slått overholdelse av følgende forbrenningsverdier:

CC>2 = 15 % (tilnærmet teoretisk maksimum)

Sot = 0

CO < 0,01 %

Flammeovervåkningen blir ved blåbrennende oljebrennere ikke lenger utført optisk. For garanti av sikker, automatisk drift for den blåbrennende flamme er overvåkning mulig ved hjelp av en ionisasjonsdetektor 44 som på vanlig måte er tilkoplet til en styreinnretning 46 ved hjelp av hvilken oljetilførselen ved slukking av flammen avbrytes ved lukning av ventilen 18 og motoren 12 utkoples. Over styreinnretnin-gen blir også tenningen på vanlig måte utkoplet etter dan-nelse av flammen. ,%

I praksis har det vist seg å være vesentlig at blanderøret 38 utformes med minst mulig volummasse, ved gitte dimensjoner altså med minst mulig veggtykkelse. Det oppnås da at blanderøret 38 antar en lys rødglød, hvorved en betydelig andel av de resirkulerende forbrenningsgassers varme overføres som strålingsvarme til blandingen av luft og oljepartikler, slik at det igjen sikres en fullstendig for-gassing uten anslag av oljepartiklene mot varme flater. Ved de nevnte forhold L^ : D^ for blanderøret oppnås at blande-røret over hele sin lengde omspyles av oxygenfattige forbrenningsgasser, slik at det ved blanderør av varmefaste stål ikke kan skje noen utpreget avskalling eller forbrenning av blanderøret. Blanderøret kan også bestå av varmebestan-dige, keramiske materialer.

Fastholdelsen av blanderøret 38 kan i stedet for ved hjelp av de aksiale armer 40 også skje ved h.jelp av radiale armer som da må fastholdes på flammerørets 4 2 inn-side .

Da det ved støkiometrisk forbrenning i flammerøret 42 praktisk talt ikke er til stede noe fritt oxygen, kan flammerøret 42 også bestå av varmefast stål uten at slitas-je på grunn av avskalling er å frykte. Det er selvsagt også mulig å fremstille flammerøret 42 av et varmebestandig, keramisk materiale, eller å benytte et stålrør med en varmebestandig, keramisk f6ring. Det er videre mulig å utforme flammerøret med kjøling, eksempelvis med kjøling ved hjelp av oppvarmingsvannet. Flammerøret kan da for eksempel være en del av varmekjele-varmeveksleren. For avkjølte flammerør er det ikke nødvendig å anvende materialer med høy varmefast- . het.

Forbrenningen i den beskrevne oljebrenner er i vidtgående grad uavhengig av størrelsen av og formen på kjelens ildsted. Under meget ugunstige betingelser kan. det imidlertid under tennfasen oppstå resonansfenoméner. Disse kan unngås ved at flammerørets 42 vegg forsynes med.et antall boringer i flammefrontområdet. Støydempning kan også oppnås ved en endring av flammerørtverrsnittet. Eksempelvis kan det anordnes en konisk utvidelse, eller flammerøret kan med utgangspunkt fra flammeområdet gis et stjerneformet tverrsnitt.

Ved blåbrennende oljebrennere er det et spesielt problem å garantere sikker tenning under alle driftsbetingelser. En sådan sikker tenning kan oppnås ved at brenneren i øyeblikket for antennelsen drives med en i forhold til merkebelastningen understøkiometrisk luftandel. For dette formål blir strupeventilens 22 luftspjeld 24 ved hjelp av innstillingsmotoren 26 dreid til en tilsvarende utgangsstil-ling, slik at bare en tilsvarende innstilt, understøkiome-trisk luftandel tilføres til kammeret 4 ved fornyet anven-deise. Etter antennelse av oljen blir luftspjeldet 24 ved hjelp av innstillingsmotoren 26 dreid til den åpne .stilling i hvilken den for den støkiometriske forbrenning nødvendige luftmengde gjennomslippes. Innstillingsmotoren 26 kan inn-koples samtidig med åpningen av magnetventilen 18, idet den nødvendige, endelige tidsforsinkelse da oppnås ved hjelp av en reduksjonsveksel og eventuelt supplerende elektriske reguleringselementer. Denne arbeidsmåte har den fordel at luftandelen økes kontinuerlig. Motorens innkopling kan også foretas i avhengighet av flammebestemmelsen ved hjelp av ionisasjonsindikatoren 44. Som drivanordning for luftspjeldet kan det også anordnes en magnet med kjente forsinkelses-midler. En forsinkelse kunne også sikres ved hjelp av en varmeledermotstand både for en magnet og for en innstillings-motor. Det har vist seg at det for en sikker tennning vanligvis er tilstrekkelig å kjøre i ca. 3 til 5 sekunder med en understøkiometrisk luftandel. Det ble konstatert at det innenfor dette tidsrom oppnås en stabil resirkulasjonsstrøm-ning under samtidig oppvarming av blanderøret til driftstem-peraturen. Ved den beskrevne kjøring med understøkiometrisk luftandel ble det ikke konstatert noen sotdannelse. For fullstendig forbrenning er det åpenbart tilstrekkelig med den i kjelens ildsted tilstedeværende luftmengde for å stil-le til disposisjon den nødvendige oxygenandel. Avhengig av den aktuelle kjelebetingelse kan det være nødvendig å for-lenge tiden inntil fullstendig åpning av strupespjeldet til 6-10 sekunder.

Generelt sett er det for en sikker tenning viktig

å kjøre brenneren med en hastighet som er redusert i forhold til lufthastigheten ved full belastning. Ved oppstarting har det vist seg hensiktsmessig med et overtrykk i rommet 4 fra 23 til 25 mm VS, i forhold til et overtrykk fra 45 til 55 mm VS ved drift ved full belastning.

Ved anvendelse av en hydraulisk manøvrert innstil-lingsmotor kan den av pumpen 10 komprimerte fyringsolje an-vendes som trykkvæske.

Iblant kan det også være hensiktsmessig å anordne midler ved hjelp av hvilke en oppstarting av brenneren er mulig med en strupt oljemengdestrøn ved siden av en struping av luftstrømmen. 01jemengdestrømmen blir da øket til full ytelse i løpet av de samme tidsrom som angitt ovenfor for luftmengdestrømmen. Herved er det ved oppstarint mulig å holde lengden av den understøkiometriske drift liten, og i idealtilfelle å overholde støkiometriske forbrenningsbetin-gelser også ved start av brenneren.

Det er her en forutsetning at forstøvningen av oljen heller ikke med redusert oljemengdestrøm forringes vesentlig. Inntil i en viss grad er her også større oljepartikler akseptable, da veggene, og særlig blanderørets vegg, hvis temperatur ved oppstarting vanligvis i det vesentlige tilsvarer kjelevannets temperatur (ca. 70 - 90° C), har en viss magasineringsevne, dvs. større dråper kan først slå seg ned på veggene og her danne en oljefilm som deretter fordam-per ved oppnåelse av fullastdrift.

For å kunne drive brenneren ved fullastdrift under variable betingelser med mest mulig konstant luftoverskudd, dvs. mest mulig nøyaktig støkiometrisk, er det hensiktsmessig å anordne midler ved hjelp av hvilke luft- og/eller oljemeng-destrømmen automatisk kan tilpasses til de aktuelle forhold, særlig til lufttrykket, lufttemperaturen og/eller kjeletrek-ken.

Ved trykkforstøvningsdyser med større gjennommatning er ofte den for forgassingen nødvendige, fine forstøv-ning ikke lenger oppnåelig. For brennere med større ytelser kan det derfor være hensiktsmessig at det i avstand fra hverandre anordnes flere (minst to) dyser parallelle eller skråttstilt mot hverandre, hvorved tverrsnittsformen på blenderen, blanderøret og eventuelt flammerøret må tilpasses på geometrisk tilsvarende måte.

Som foran angitt, kan blenderen være en eneste, utstanset åpning i en skiveformet vegg. Åpningen kan imidlertid også for et kort stykke fremover i strømningsretnin-gen være rørformet med kantet eller avrundet overgang til veggen.

Claims (5)

1. Blåbrennende oljebrenner omfattende en oljeforstøv-ningsanordning, en forbrenningslufttilførsel som koaksialt omgir forstøvningsanordningen, en på nedstrømssiden av olje-forstøvningsanordningens utløp anordnet blender (34) med en blenderåpning (36) som passasje for forstøvet olje og for-brenningsluf t, og et koaksialt med blenderåpningen (36) på dennes nedstrømsside og på avstand fra denne i et flammerør (42) anordnet blanderør (38) til hvilket en del av forbren-ningsproduktene fra flammerøret på utsiden strømmer tilbake til det mellom blenderen (34) og den tilgrensende ende av blanderøret (38) tilstedeværende mellomrom hvis innløps-tverrsnitt ved blanderørets omkrets i det minste svarer til tverrsnittsdifferansen mellom blanderør (38) og blenderåpning (36), karakterisert ved at blanderøret (38) er koaksialt omgitt av flammerøret (42) og at blenderåpningen (36) er den eneste passasje for forbrenningsluften, idet a) blanderøret (38) har et forhold mellom lengde (L-^) og diameter (D^) som svarer til L, : D-^ 4 1,75, b) flammerøret (42) har et forhold mellom lengde (L2) og diameter (D2) på ca. 2,5 til 3 og c) flammerøret (42) har en diameter (D2) som tilnærmet svarer til det doble inntil det 2,5-doble av blanderørets (38) diameter (D-^ .

2. Oljebrenner ifølge krav 1, karakterisert ved at blanderøret (38) har et forhold mellom lengde (1^) og diameter (D^ som svarer til L : D1 ^ 1,5.

3.. Oljebrenner ifølge krav 1, karakterisert ved at blanderøret (38) har et forhold mellom lengde (L^) og diameter (D^) som svarer til L-^ : D, é 1.

4. Oljebrenner ifølge krav 1, karakterisert ved at flammerørets (42) vegg i flammeområdet er forsynt med et antall boringer.

5. Oljebrenner ifølge krav 1, karakterisert ved at flammerøret (42) på flammeområdets nedstrøms-side har en aksesymmetrisk varierende tverrsnittsprofil.