NO167528B - Brenner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en brenner for delvis oksydering, som angitt i de etterfølgende patentkrav. Brenneren er hovedsakelig beregnet for fremstilling av syntetisk gass.

Brenneren ifølge oppfinnelsen er særlig godt egnet for bruk i en ovn eller reaktor under trykk.

Videre muliggjør brenneren ifølge oppfinnelsen en homogen fordeling av brenselet og/eller av oksyderingsmiddelet såsom oksygen. Dessuten er brenneren ifølge oppfinnelsen modulær og har en oppførsel som lett kan ekstrapoleres.

Således kan justeringskostnadene reduseres med sikte på tid såvel som på pris som ofte kan være høy ved en stor installasjon.

Teknikkens stilling kan illustreres av US-patenter 3.224.679, 3.989.444 og 3.945.942.

Brenneren ifølge oppfinnelsen omfatter to rør som fortrinnsvis er stort sett koaksiale og virker som rør for tilførsel av oksyderingsmiddelet og brennstoffet eller brennstoffene.

Oksyderingsmiddelet kan være luft, oksygen, eller anriket luft.

Brennstoffet, som er en blanding på basis av hydrokarboner eller karbon kan være enten gass, væske, eller et pulverformig faststoff i suspensjon i en væske- eller gassfase, eller i en blanding av to eller flere av disse faser.

De to rør er ved sine utløpsender dekket av en perforert plate, såsom en skive når rørene er sylindriske.

I samme plate eller skive er hullene fortrinnsvis identiske og jevnt fordelt.

Perforeringshullene kan være sylinderformet eller formet som en avkortet kjegle eller de kan bestå av konvergerende-divergerende partier, eventuelt med et sylindrisk parti.

Forholdet mellom d, diameteren til den minste sirkulære seksjon av perforeringshullet (diameteren til enten sylinderen, eller den minste grunnflate i den avkortete kjegle, eller halsen i det konvergerende-divergerende parti) og e, tykkelsen av den perforerte skive kan være slik at:

De to skiver eller plater kan ha samme antall hull. Hvert hull i den indre plate eller skive vil ha et tilsvarende hull i den ytre plate eller skive.

Videre kan to korresponderende hull med fordel være plassert vendt mot hverandre og koaksiale.

Forholdet mellom diametrene d, nemlig de for den ytre skive og d^ for den indre skive kan være slik at:

Skivene eller platene kan være av stål, av keramikk, med karbid, nitrid eller oksydbase. Disse ildfaste sammensetninger kan være utformet enten med aluminium, magnesium, silisium, titan eller zirkonium, eller av en blanding av to eller flere av disse sammensetninger. Sammensetningene kan i utgangspunktet være enten naturlige såsom corindon eller cordieritt, eller syntet-iske, såsom f.eks. silisiumkarbid.

Platene kan fremstilles enten ved maskinering, eller ved støping, eller ved såkalt sintreringsteknikk.

En variant går ut på å forlenge hullene i de indre plater med rør som har samme innerdiameter som hullene, idet lengden 1 av forlengelsesrørenes forlengelse kan være slik at: fortrinnsvis

Disse forlengelsesrør kan omfatte det samme materiale som i de som er nevnt ovenfor for platene.

Videre, dersom h er avstanden mellom enden av røret og ytterskivens utvendige endeflate, kan man skrive:

Mer generelt angår foreliggende oppfinnelse en brenner for under trykk å bevirke delvis oksydering av et første fluid ved hjelp av et andre fluid. Brenneren ifølge oppfinnelsen omfatter to fluid-innføringsrør, idet det ene er inne i det andre. Brenneren er nærmere bestemt karakterisert ved at hvert av rørene omfatter en plate, hver plate har flere hull og platen til det ytre rør har hull anordnet motsatt hullene i den indre plate.

Fluidene kan være gass-fluider. Minst én av platene kan ha en tykkelse e og omfatte hull hvis minste strømningstverrsnitt har en hydraulisk diameter d, og være slik at forholdet mellom denne diameter og denne tykkelse er mellom 0,01 og 100 eller fortrinnsvis mellom 0,1 og 10, inkludert grenseverdier, nemlig: og fortrinnsvis

Begge platene vil fortrinnsvis ha dette karakteristiske trekk. Den indre plate kan omfatte hull hvis hydrauliske diameter er dj^, idet den ytre plate omfatter hull hvis hydrauliske diameter er de, idet hullene i den indre plate er motsatt hullene i den ytre plate og forholdet mellom den hydrauliske diameter til hullene i den ytre plate og den til hullene i den indre plate kan være mellom 1 og 10, grenseverdier innbefattet.

Hullene i den indre plate kan være forlenget ved hjelp av rør som har samme tverrsnitt og forhold mellom rørenes forlengelseslengde 1 og den indre hydrauliske diameter kan være mellom 0,1 og 200 og fortrinnsvis mellom 0,5 og 50, grenseverdier innbefattet, nemlig: og fortrinnsvis

Dersom h er avstanden mellom enden av et forlengelsesrør og den ytre plates ytre endeside, kan forholdet mellom denne avstand til diameteren de til det tilsvarende hull i den ytre plate være mellom 0 og 10, grenseverdier innbefattet, nemlig:

Den ytre plate kan ha samme antall hull som den indre plate.

Minst ett av rørene kan være sylindrisk, og den tilsvarende plate kan være i form av en skive.

Minst ett av hullene i den indre plate kan ha form av et omdreiningslegeme såsom en rett sylinder, en rettavkortet kjegle eller den kan ha en konvergerende-divergerende form eventuelt omfattende et mellomliggende, rett parti.

Et av hullene i den ytre plate kan ha en konvergerende-divergerende form, det tilsvarende hull i den indre plate kan være forlenget ved hjelp av et rør og forlengelsesrøret kan trenge inn i hullet i den ytre plate og stoppe stort sett i nivå med. halsen til det konvergerende-divergerende parti.

Minst én av de indre plater kan omfatte kj;ølemidler".

Minst én av de indre eller ytre plater kan omfatte- stål.,, karbid, nitrid eller oksydbaserte keramiske materialer', idet disse ildfaste sammensetninger stort sett omfatter enten aluminium, magnesium, silisium, titan eller zirkonium, eller en blanding av to eller flere av disse sammensetninger.

Foreliggende oppfinnelse kan særlig anvendes til delvis oksydering av naturgass eller en flytende oljefraksjon.

Foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått og dens fordeler vil fremtre klarere fra følgende beskrivelse av særlig ikke-begrensende eksempler illustrert ved figurene hvor: - figur 1 viser brenneren ifølge oppfinnelsen i sammensatt tilstand,

- figur 2 viser et tverrsnitt gjennom brenneren,

- figur 3 viser en detalj ved en plate som inngår i brenneren , - figur 4 viser en spesiell utføringsform av brenneren, hvor platen omfatter en kjølekasse, og - figur 5 til 9 viser forskjellige utføringsformer av platen som brenneren ifølge oppfinnelsen kan være utstyrt med.

Brenneren ifølge oppfinnelsen kan brukes for fremstilling av syntetisk gass f.eks. ved delvis oksydering av naturgass under anvendelse av oksygen.

Brenneren 1, figur 1, omfatter en festeflens 2 for befestig-else av brenneren til reaktoren eller ovnen.

Brenneren omfatter en første åpning 3 for innføring av en første gass og en andre åpning 4 for innføring av en andre gass. I ovennevnte tilfelle kan oksygenet innføres, enten gjennom den første åpning 3 eller gjennom den andre 4 og naturgassen vil bli innført gjennom den øvrige tilgjengelige åpning, henholdsvis 4 eller 3.

Den første åpning forsyner rommet som avgrenses av det indre parti av et første rør eller indre rør 5.

Det indre rør 5 er beliggende i et andre rør eller ytre rør 6. Den andre åpning 4 forsyner ringrommet 7 som avgrenses av det indre rørets 5 yttervegg og det ytre rørets 6 innervegg.

Enden 8 av det indre rør omfatter en plate 9 av tykkelse e^. Denne plate, som betegnes som indre, omfatter flere hull 10^ av diameter d-^ hvorav bare noen er vist i de forskjellige figurer slik at disse ikke overlesses.

Enden 11 av det ytre rør 6 omfatter en plate 12 som betegnes ytre.

Den ytre plate 12 med tykkelse ee omfatter hull 13e med diameter de. Bare noen av disse hull er vist.

Hvert hull 10^ i den indre plate 9 er plassert rett overfor et hull 13e i den ytre plate 12.

Antallet hull i den ytre plate 12 er således minst lik antall hull i den indre plate 9.

Fortrinnsvis faller aksen 14 til et indre hull stort sett sammen med aksen 15 til det tilsvarende indre hull.

I det på figur 1 viste eksempel, hvor de indre 5 og ytre 6 rør er stort sett koaksiale, er den ytre plate 12 omgitt av et vannkammer 16 for sirkulering av et kjølefluid.

Strømmen av kjølefluid foregår gjennom kanaler 17 og 18.

Figur 3 viser klarere de geometriske størrelser som benyttes i foreliggende oppfinnelse. Denne figur viser en plate 19 som kan være enten den indre plate eller den ytre plate.

I denne plate er det vist to åpninger 20 og 21. d betegner spenningsdiameteren til en av åpningene og e tykkelsen av platen 19.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse får man

og fortrinnsvis enten for den indre plate eller den ytre plate. I samsvar med foreliggende oppfinnelse får man

særlig for åpninger hvis diameter er mindre enn 100 mm og fortrinnsvis mindre enn 80 mm.

Figur 5 til 7 viser forskjellige utføringsformer av hullene i den første eller andre plate.

I figur 5 og 6 er hullene 22 i den første plate 9 sylindriske, mens figur 7, har hullene 23 i den indre plate 9 stumpkjegleform.

Hullene 24 i den ytre plate 12 har en stumpkjegleform i

figur 5. I figur 7 er hullene 25 i den andre plate i form av en venturi omfattende et konvergerende parti fulgt av et divergerende parti sett i strømningsretningen. I nivå med forbindelsen mellom det konvergerende parti og det divergerende parti dannes en hals 26.

I figur 6 finnes en sylindrisk mellomdel 27' for å forbinde det konvergerende parti med det divergerende parti.

I det tilfelle hvor hullet har et konvergerende parti og/eller et divergerende parti, er den diameter som kommer i betraktning for ovennevnte "områder" av verdier diameteren til halsen som svarer til den minste diameter.

Figur 4, 8 og 9 viser det tilfelle hvor hullene i den indre plate 9 omfatter forlengelsesrør 27. I disse tre figurer omfatter huller 28 i den ytre plate 12 et konvergerende-divergerende parti 28.

I tilfellet på figur 4 og 9 trenger forlengelsesrørene 27 inn i hullene 28 i den ytre plate 12.

I figur 4 danner selve platen 12 formen på vannkammeret 29 og strømningshullene 28 dannes av tilføyde deler 30.

Kanalene 31 og 32 virker til å sirkulere kjølefluidet gjennom vannkammeret 29.

I figur 4 har forlengelsesrørene 27 en basis 33 som holdes i posisjon ved hjelp av en skrueplugg 34 som omfatter en kanal 35 med diameter dj^ for gjennomstrømning av fluidet som skal inji-seres.

Ifølge en variant av foreliggende oppfinnelse vil det være fordelaktig å ha forholdet l/d-j^ slik at

og fortrinnsvis

hvor 1 tilsvarer høyden av forlengelsesrøret.

Ifølge en annen variant, som kan kombineres med de andre utføringsformer, har man

hvor h er avstanden mellom enden av forlengelsesrøret og utsiden av den ytre plate 12.

Claims (11)

1. Brenner for delvis oksydering under trykk av et første fluid ved hjelp av et andre fluid, omfattende to gassinnføringsrør

(5, 6), hvorav det ene er anordnet innvendig i det andre, karakterisert ved at hvert av rørene (5, 6) ved sin utløpsende omfatter en plate (9, 12), at hver plate omfatter flere hull (10i, 13e), at platen til det ytre røret

(6) omfatter hull (13e) plassert rett overfor hullene (lOi) i den indre plate (9), og at hullene (10i) i den indre plate (9) munner ut foran den ytre plates (12) utvendige endeflate (36).

2. Brenner ifølge krav 1, hvor minst én av platene (9, 12) har en tykkelse (e) og omfatter hull hvis minste strømnings- tverrsnitt har en hydraulisk diameter (d), karakterisert ved at forholdet mellom denne diameter og denne tykkelse er mellom 0,01 og 100 og fortrinnsvis mellom 0,1 og 10, innbefattende grenseverdier, nemlig: og fortrinnsvis

3. Brenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den indre plate omfatter hull hvis hydrauliske diameter er d-^, at den ytre plate omfatter hull hvis hydrauliske diameter er de, at hullene i den indre plate er beliggende rett overfor hullene i den ytre plate og at forholdet mellom den hydrauliske diameter til hullene i den ytre plate og den hydrauliske diameter til hullene i den indre plate er mellom 1 og 10, innbefattende grenseverdier, nemlig: 1 £ de/di £ 10

4. Brenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at hullene i den indre plate er forlenget ved hjelp av rør (27) med samme tverrsnitt og at forholdet mellom rørenes forlengelseslengde (1) og den indre hydrauliske diameter er mellom 0,1 og 200 og fortrinnsvis mellom 0,5 og 50, grenseverdier innbefattet, nemlig: og fortrinnsvis

5. Brenner ifølge krav 4, karakterisert ved ather avstanden mellom enden av et forlengelsesrør og utsiden av den ytre plate, at forholdet mellom denne avstand og diameteren de til det tilsvarende hull i den ytre plate er mellom 0 og 10, innbefattende grenseverdier, nemlig:

6. Brenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den ytre plate har samme antall hull som den indre plate.

7. Brenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at minst et av rørene er sylindrisk, og. at den tilsvarende plate har form av en skive.

8- Brenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at minst et av hullene i den indre eller den ytre plate har en omdreiningsform såsom en rett sylinder (22), en stumpkjegle (23) eller en konvergerende-divergerende form (28) eventuelt omfattende et rett mellomparti (27').

9. Brenner ifølge krav 8, karakterisert ved at hullet i den ytre plate har en konvergerende-divergerende form (28) , at et tilsvarende hull i den indre plate er forlenget ved hjelp av et rør (27) og at forlengelsesrøret trenger inn i hullet i den ytre plate og stopper stort sett i nivå med halsen til dette konvergerende-divergerende parti.

10. Brenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter midler (17, 29) for avkjøling av i det minste en av platene.

11. Brenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at minst en av platene omfatter stål på karbid-nitrid- eller oksydbasert keramikk, idet disse ildfaste sammensetninger kan omfatte enten aluminium, magnesium, silisium, titan eller zirkonium, eller en blanding av to eller flere av disse sammensetninger.