NO149599B - Innsproeytningsdyseenhet - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fluidisert sjiktforbrenningskammer og mer spesielt angår det en dyse for tilførsel av brennstoff til et fluidisert sjiktforbrenningskammer.

Et fluidisert sjiktforbrenningskammer drives ved å blåse luft gjennom et sjikt med inert partikkelformet materiale for å holde sjiktet i en fluidisert tilstand og det sprøytes brennstoff inn i sjiktet slik at forbrenning finner sted. Brennstoffet, som kan være fast stoff, væskeformet eller gassformet eller en blanding, brenner inne i sjiktet som blir holdt ved en temperatur som kan være generelt i om-rådet 700°-1000°C ved kontrollert varmeutrekning.

Fluidiserte sjiktforbrenningskammer kan gi svært høy ytelse per kapasitetsvolumenhet og store mengder kan bli overført til kjøleflater nedsenket i sjiktet. Bruken av uttrykket "fluidisert sjiktforbrenningskammer eller ovn" er ment å dekke bruken av et fluidisert sjikt som både er forbrenningskammer og som en forgasser hvorved delreaksjonen av et brennstoff og en gass som inneholder oksygen frembringer en brennbar gass som kan bli lagret eller brent ved et punkt fjernt

fra det fluidiserte sjiktet.

Vanskeligheter har imidlertid av og til oppstått ved til-førselen av flytende brennstoff, slik som olje til fluidiserte sjiktovner, siden tilførseldysene har en tendens til å bli blokkerte og forbrenningskarakteristikkene kan være svært følsomme for brennstoff-fordelingen.

Britisk patent nr. 1502764 beskriver en fordelingsplate egnet for bruk i en fluidisert sjiktovn hvor platen omfatter første og andre koaksiale rør, og hvor det andre røret omgir en del av det første røret, og hvor hver av de første og andre koaksiale rørene har et innløp for en luft-forsynino og et utløp, hvor utløpet omfatter sidepassasje "gjennom rørveggen, hvor det første koaksiale røret rager ■ bak og har sitt utløp over utløpet til det andre koaksiale røret, hvor der også er et ytterligere rør som har et inn-løp for oljeforsyning og som har sitt utløp inne i det første koaksialrøret.

Britisk patent nr. 1487391 beskriver en fordelerplate egnet for bruk i fluidisert sjiktovn som omfatter et kammer som har et brennstoffinnløp og et luftrør som går gjennom kammeret, hvor det indre av luftrøret er i kommunikasjon med kammeret, hvor luftrørets ene ende som avslutter i et hode som har utløp tilpasset til å tilføre en brennbar blanding som omfatter brennstoff og luft til et fluidisert sjikt hvor der er et omgivende rør rundt luftrøret, hvor det omgivende røret har et luftinnløp og et luftutløp, og hvor luftutløpet er tilpasset til å forsyne luft til et område av det fluidiserte sjiktet under hodet som forsyner brennbar blanding til detfluidiserte sjiktet.

Når man bruker disse fordelingsplatene kan imidlertid olje-strømsbetingelser inne i røret forekomme som fører til en ujevn oljeforsyning fra dysehodet til det fluidiserte sjiktet. Foreliggende oppfinnelse har til formål å gi en forbedret anordning for å tilføre væskeformet brennstoff jevnere til det fluidiserte sjiktet og å gjøre det mulig å anvende luft med lavere trykk.

Ifølge foreliggende oppfinnelse har det således blitt frem-bragt en innsprøytningsenhet egnet for bruk i et fluidisert sjiktforbrenningskammer, som er kjennetegnet ved at inn-sprøy tningsdyseenheten omfatter første og andre koaksiale rør, hvor det andre koaksiale røret har et innløp ved en ende for en væskeformet brennstofftilførsel og som er forseglet ved den andre enden og som har en eller flere sideliggende utløp inne i det første koaksiale røret, hvor det første koaksiale røret har sideliggende utløp ved en ende hvor rommet mellom de første og andre koaksiale rørene er forbindbare med en gassforsyning som inneholder oksygen og hvor de sideliggende utløpene fra det andre koaksiale røret er ved en avstand på ikke mer enn åtte og ikke mindre enn to første koaksiale rørs indre diametre oppstrøms til de sideliggende utløpene til det første koaksiale røret.

Fortrinnsvis er det første koaksiale røret forseglet med det andre koaksiale røret ved toppen av det andre koaksiale røret. Dette tillater en mer jevn oljetilførsel inn i sjiktet når oljen kan forlate utløpene til det andre koaksiale røret ved både den øvre og nedre kanten av utløpene så vel som ved direkte luftinnblanding i sammenligning med tilfellet hvor rørene er adskilte og hvor oljen tilføres sjiktet hovedsakelig ved utløpets nedre kant og ved kun direkte innblanding. I denne foretrukne utførelsen kan således tre typer av væskebrennstofftilførsel forekomme inn i det fluidiserte sjiktet:

(a) ved direkte luftinnblanding,

(b) ved dannelse av en stigende film av flytende brennstoff på den indre veggen av det første koaksiale

røret, og

(c) ved dannelse av en stigende film av flytende brennstoff på den ytre veggen av det andre koaksiale røret for derved å oppnå den tidligere nevnte, jevnere oljetilførselen til sjiktet.

Bruken av uttrykket koaksial i denne sammenhengen er også ment å omfatte rør som ligger inne i det andre, som ikke er koaksiale i ordets rette betydning.

Den spesielle begrensningen av anordningen av brennstoff-utløpet på det andre røret og det sideliggende utløpet til det første røret er nødvendig da brennstofftilførselen tenderer til å strømme inn i sjiktet ujevnt dersom brennstoffet kommer ut for nær utløpet til det første røret, mens derimot på den andre siden et øket lufttrykksfall er nødvendig for å innblande brenselet dersom utløpet til det første'røret er for langt fra det sideliggende utløpet til det første røret inn i det fluidiserte sjiktet. Gassforsyningen som inneholder oksygen blir gitt overtrykk og tilført helt eller delvis til.fluidisering av sjikt-materialet.

Det flytende brennstoffet kan f.eks. være olje, vakuumresidu, kerosen eller gasolin. Typiske flytende brennstofftrykk som kan anvendes er 0,35 til 1,76 kg/cm 2 manometertrykk.

Innretningen har også en fordelingsplate for et fluidisert sjikt hvor fordelerplaten fortrinnsvis har flere brennstoff-innsprøytningsenheter.

Brennstoffdyseinnsprøytningsenhetenes tetthet kan varieres til å passe hvert spesielle krav og fortrinnsvis blir det nyttet dyseinnsprøytningsenheter med en tetthet på 1,08

til 64,6 pr. m 2. (Ytterligere luft for fluidisering og forbrenning kan bli tilført av rørene som går igjennom fordelingsplaten).

De sideliggende utløpene i de koaksiale rørene danner passa-sjer gjennom rørveggene, hvor passasjeretningen er fortrinnsvis hovedsakelig perpendikulær i forhold til rørveggen.

Den forkortede brennstoffbanen relativ i forhold til dysen

i f.eks. vår britiske patent nr. 1368352 gjør forhåndsvar-mingen av den fluidiserte luften mindre kritisk når man brenner tungt brennstoff og bidrar til å redusere trykk-fallet over dysen.

Luft og oljerørene kan bli konstruert slik at de er fjern-bare, f.eks. for rensning og inspeksjon, mens det fluidiserte sjiKtforbrenningskammeret er i drift ved en metode lignende den som er beskrevet i britisk patentsøknad nr. 37182/76.

Fortrinnsvis blir det benyttet et kjegleformet fluidisert sjikt av den typen beskrevet i britisk patentsøknad nr. 35519/76 .

Selve sjiktet omfatter mineralpartikler av en størrelse

og spesifik vekt egnet for den fluidiserende gasshastig-he ten.

Foretrukket oppstarting av sjiktet kan bli tilveiebragt

som beskrevet i britisk patent nr. 1159310 eller ved hjelp av en toppbrenner.

Fortrinnsvis før det fluidiserte sjiktforbrenningskammeret blir nyttet for å brenne flytende brennstoff blir sjiktet forvarmet ved å brenne en brenngass, f.eks. propan i sjiktet.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av et eksempel bare med henvisning til medfølgende tegning som viser et vertikalt snitt gjennom en fordelingsplate som har en enkel dyseinnsprøytningsenhet.

Et fluidisert forbrenningskammer omfatter en fordelingsplate 1 over hvilke er plassert et fluidisert sjikt av sand. Sjiktet 2 er omgitt av en ildfast foring eller vann-kjølt beholder 3.

Et luftovertrykkskammer 4 er forbundet med en trykkluftkilde (ikke vist), og kommuniserer med det fluidiserte sjiktet 2 ved hjelp av utløpene 5 i røret 6, som rager oppover inn i sjiktet fra luftovertrykkskammeret 4. Et ytterligere rør som er koaksialt med røret 6 går gjennom og forbi røret 6 og strekker seg også nedover gjennom luftovertrykkskammeret 4 til et punkt under fordelingsplaten hvor det er forbundet med en trykkluftforsyning (som kan være den samme som for luftovertrykkskammeret 4 eller være en separat forsyning).

Et indre sentralt rør 8, koaksialt med rørene 6,7 er forbundet med røret 7 ved et punkt over dets utløp 9 ved hjelp av forbindelseselementet 10 og går ned til en oljeforsyning (ikke vist) under fordelingsplaten. Røret 8 er adskilibart fra forbindelseselementet 10 og kan bli tatt ut dersom ønske-lig fra fordelingsplaten gjennom "en tetteinnretning 11. Bruken av et forbindelseselement 10 gjør det mulig å an-bringe oljerøret 8 nøyaktig i forhold til det omgivende røret 7. Et antall dyser 12 for bare luft omgir dyseinn-sprøy tningsenheten for å frembringe fluidiserende og oksydi-serende luft.

Et brennstoffkammer ble drevet med en enkel oljedyse med gasolin, residuolje og vakuumresidu for perioder opptil henholdsvis 100 timers varighet. Resultatet er vist i tabellen 1. Sjiktet ble ikke drevet ved temperaturer høyere enn omkring 700°C med gasolin og 780°C med residuolje i 3 til 5 timers prøver. Ved disse forholdene var O ? konsen-trasjonen i utblåsningsgassen 0,5%. Noe CO ble produsert, men mengden av røyk fra pipen var neglisjerbar. Prøver med residuolje og vakuumresidu ved høyere oksygeninnhold og med redusert varmeoverføringsflate i sjiktet er vist i eksemplene 3 og 4.

Den indre diameteren til rørene 6,7 og 8 var 67 mm, 38 mm og 6 mm, henholdsvis. Tettheten til innsprøytningsdyseenhetene 2

var 1,08 til 64,6 pr. m .

I tillegg til forbrenningseksperimentene ovenfor har ytterligere kald-modulleringseksperimenter gitt resultatet som vist på tabellene 2 og 3. Tabellen 2 gir detaljer om dyse-innsprøy tningsenhetene for forskjellige prøver, og tabell 3 viser dyseinnsprøytningsenhetens driftsbetingelser. Prøvene ble gjort for å sammenligne effekten av oljen til-ført til sjiktet ved aksial oljetilførsel ifølge foreliggende oppfinnelse med olje tilført fra siden med stigefilmolje-injeksjonsteknikken beskrevet i britisk patent nr. 1487391.

Resultatene viser at betydelige lavere trykkfall nedover dyseinnsprøytningsenheten er nødvendig for samme oljetil-førselsmengde til sjiktet for den aksiale oljetilførselen i forhold til oljeinjeksjonsmetoden.

Claims (6)

1. Innsprøytningsdyseenhet, karakterisert ved at den omfatter første (7) og andre (8) koaksiale rør, hvor det andre koaksiale røret (8) har et innløp ved ene enden for en flytende brennstofftilførsel og hvor det andre koaksiale røret (8) er forseglet ved den andre enden (10) og som har en eller flere sideutløp (9) inne i det første koaksiale røret (7), hvor det første koaksiale røret (7) har sideutløp ved en ende (10), hvor rommet mellom første og andre koaksiale rør (7, 8) er forbindbart med en tilførsel av gass som inneholder oksygen og hvor sideut-løpene (9) fra det andre koaksiale røret (8) er ved en avstand av ikke mer enn åtte og ikke mindre enn to første koaksiale rør's indre diameter oppstrøms av sideutløpene til det første koaksiale røret (7).

2. Enhet ifølge krav 1, karakterisert ved at det første koaksiale røret (7) er forseglet med det andre koaksiale røret (8) ved toppen (10) av det andre koaksiale røret (8).

3. Enhet ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at sideutløpene til det første koaksiale røret (7) er ved rette vinkler i forhold til rørveggen.

4. Enhet ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at sideutløpene (9) til det andre koaksiale røret (8) er ved rette vinkler i forhold til rørveggen.

5. Enhet ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4,karakterisert ved at et tredje koaksialt rør (6) delvis omgir det første koaksiale røret (7) og har et innløp for tilførsel av en gass som inneholder oksygen og et sideutløp (5).

6. Enhet ifølge krav 5, karakterisert ved at det tredje koaksiale røret (6) også har et inn-løp for en brenselgassforsyning.