NO760821L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrorer en fremgangsmåte for forbrenning av flytende brennstoffer, spesielt for fremstilling av inertgass, hvorved fyrings- eller dieselolje forbrennes med luft, med en mekanisk forstovning av det flytende brennstoff som forste trinn i fremgangsmåten og med en tangensial tilforsel av forstovningsmedium til den mekanisk forstovede brennstoff-stråle i en forstovaingskanal som andre trinn i fremgangsmåten og med en koaksial, likerettet tilforsel av forbrenningsluften som tredje trinn i fremgangsmåten, samt en brenner for gjennomforing av fremgangsmåten.

En slik brenner hhv. en slik fremgangsmåte er kjent fra tysk Offenlegungs-skrift 2 320 442.

Det er kjent forbrenningsmetoder og brennere for forbrenning av flytende brennstoff, spesielt fyrings- og dieselolje med luft eller andre surstoffbærere. Ved de kjente brennere har det imidlertid vist seg at disse ikke kan forbrenne stokiometrisk, dvs0 at det ved forbrenning av en brennstoff-luft-blanding i stokiometrisk forhold vil dannes sot. Denne sotdannelse er meget uheldig, idet brennkammeret og ved fremstilling av inertgass f. eks. de etter-koblede vaske- og kjoleinnretninger vil bli forurenset.

For at man skal unngå den uonskede sotdannelse, kjores brennerne som regel med et luftoverskudd, slik at man unngår at brennstoffet forbrenner ufullstendig. Denne forbrenning med luftoverskudd vil imidlertid medfore rokgasser med en betydelig Oj-andel. Slike forbrenningsmetoder er uegnet for fremstilling av inertgass.

Det er videre en ulempe ved de kjente forbrenningsmetoder at det selv ved forbrenning med luftoverskudd, som folge av forandringer 1 luftens eller brennstoffets egenskaper kan oppstå et stokiometrisk eller under-stokiometrisk forhold uten at reguleringen kan reagere raskt nok. Selv ved forbrenning med luftoverskudd vil man således ikke kunne unngå kortvarig sotdannelse med de uheldige folger det får.

Foreliggende oppfinnelse går således ut på å finne frem til en fremgangsmåte for forbrenning av flytende brennstoffer, som ved forskjellige forholdsregler gjor det mulig å arbeide ved stokiometriske betingelser uten sotdannelse og som ikke forer til sotdannelse, selv ved under-stokiometriske betingelser, dvsD ved en for liten luftandel. Denne betingelse skal også oppfylles ved de forskjelligste konstruktive forutsetninger.

Brenneren for gjennomforing av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen skal videre ha en enkel konstruksjon, være rimelig i produksjon og lett å betjene, samt kunne drives uten ekstra regulering.

Sammenlignet med gjenstanden for det tyske Offenlegungs-skrift

2 320 442 skal det foreligge storre fleksibilitet når det gjelder brenner-utformningen.

Ifolge oppfinnelsen loses denne oppgave ved en fremgangsmåte for forbrenning av innledningsvis nevnte type ved en etterfølgende stabilisering av blandings-strålen ved kontroll av strålens temperatur og stromning»

Alternativt kan kontrollen av stromning og temperatur skje ved innsnevring av stromningen, hvilket forer til bedre blanding av forbrenningsluften med det forstovede brennstoffet. Den sterkere akselererte stromning kan imidlertid også fores i et varmemagasinerende ror. Videre kan det forst skje en ekspansjon og deretter en etterfølgende innsnevring av stromningen. Det kan gjennomfores en strupning av forbrenningsluften, i tilslutning en innsnevring og en etterfølgende ekspansjon av stromningen, hvorved det videre kan være anordnet en innsugning av forbrenningsgasser i blanding med frisk luft i området for flammestromningen eller i området for forbrenningsluften. Endelig kan tilforselen av ekstra luEt til forbrenningsluften på grunnlag av dennes statiske undertrykk skje utenfor brennkammer-rommet.

For at man for bestemte anvendelsesformål skal oppnå en kort for-brenningsflamme, kan det forstovede brennstoff videre tre ut i form av en bred spraytåke i stedet for i en skarp stråle. I denne for-bindelse er det gunstig at flammen stabiliseres av en konisk eks-panderende ring av varmemagasinerende materiale, hvor det kan være anordnet boringer til innsuging av ekstraluft.

Forstovningen til en bred spraytåke skjer ved at forstovningskanalen i enden åpner seg konisk eller slisseformet.

Brenneren for gjennomforing av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen er fortrinnsviskarakterisert veden aksial forlengelse av tilforselsroret for forbrenningsluften i form av et keramikkror med stor evne til varmemagasinering eller alternativt med et brennerror med en forste, konisk utvidet del og en andre, konisk innsnevret del, hvorved strupning av forbrenningsluften videre er mulig ved en oppstuvningsplate og hvorved forste del derved kan være konisk avsmalnende og andre del av brennerroret konisk utvidet.

Ved en annen fordelaktig utformning kan det i området for den koniske utvidelse foreligge åpninger i brennerrorets omkrets og til forbrenningsluftstrommen kan det suges ekstra luft fra utsiden av brennkammeret, gjennom åpninger i brennerroret utenfor brennkammeret, som folge av de statiske trykkforskjeller.

For dannelse av en meget kort og bred flamme kan forstovningskanalen utvide seg konisk og ha en konisk begeransats av et varmemagasinerende materiale, som kan ha et antall åpninger. Især ved denne utformning av brennerroret kan forstovningskanalens åpning ha sliss-form for fordeling av den forstovede blanding over en bred flate.

Generelt sagt velges utformningen av brennerroret slik at forbrenningsluften innfores i blandingsstrommen av oljedråper og forstovningsmedium, men ikke så stor at oljedråpene leirer seg på den innsnevrede vegg.

Det har fullstendig overraskende for fagfolk vist seg at det ifolge oppfinnelsen ikke skjer sotdannelse, selv ved under-stokiometriske forhold» Det produseres bare en okt andel av CO. Sett utenfra er flammen fra brenneren ifolge oppfinnelsen heller ikke gulaktig

og forrevet, men oransje-blå med et definert flammeområde.

Hvis det benyttes luft som forstovningsmedium, kan - som angitt i stamansokningen - mellom 10 og 50% av den totale luftmengde for stokiometrisk eller under-stokiometrisk forbrenning allerede tilfores ved forstovningen; gjennomsnittlig vil forstovningsluftan-delen av den totale luftmengde ligge på ca. 20%. Det tilforte for-stovningsmedets trykk velges hensiktsmessig slik at det kritiske trykkforhold er innstilt for maksimal hastighet, dvs. at det tilforte medium for forstovning av oljen fremkalles med et trykk på mer enn 2,5 kg/cm .

Det er imidlertid oppnådd god forbrenning ifolge oppfinnelsen ved lavere trykk og lavere hastigheter av forstovningsmediet.

Forbrenningsprosessen ifolge oppfinnelsen foregår i korthet i fire trinn: 1. Forstovning av flytende brennstoff i en brennstoff-forstovnings-dyse, hvorved brennstoffet tilfores forstovningsåpningen gjennom

tangensiale og skråstilte kanaler,

2. tilforsel av forstovningsmedium i en forstovningskanal, hvorved forstovningsmediet tilfores gjennom tangensiale kanaler i et plan som står perpendikulært eller skrått på aksen for brenn-stof f-forstovningsdysen, 3. iblanding av forbrenningsluft, som strommer koaksialt og likerettet med det forstovede brennstoff og 4. videre stabilisering av flammen hhv. blandingen av brennstoff, forstovningsmedium og forbrenningsluft ved regulering av stromning og temperatur.

I det folgende skal brenneren ifolge oppfinnelsen beskrives nærme-re under henvisning til et utforelseseksempel som er vist i teg-ningen, hvor

fig. 1 er et snitt gjennom en brenner ifolge oppfinnelsen,

fig. 2 er et snitt gjennom forstovningsdysen ifolge oppfinnelsen,

fig. 3 er et snitt etter linjen B-B i fig. 1,

fig. 4 er et snitt gjennom en trykk-forstover for det flytende

brennstoffet,

fig„ 5 er et snitt etter linjen B-B i fig. 4,

fig. 6 viser en skjematisk gjengivelse av en brenner ifolge oppfinnelsen,

fig. 7 viser en gjengivelse i likhet med fig. 6, hvor stabiliseringen skjer ved hjelp av et varmemagasinerende ror,

fig. 8 viser et brennerror med en ekspansjons- og en komprimerings-del,

fig. 9 viser en skjematisk brenner med en drosselplate for forbrenningsluften og en etterkoblet komprimerings- og ekspansjonsdel,

fig. 10 gjengir skjematisk tilbakeføringen av forbrenningsgasser til brenneren i området for blandingen av forbrenningsluft og forstovet brennstoff,

fig. 11 viser tilbakeføringen av forbrenningsgasser til brenneren i området for tilforselsstrommen av forbrenningsluft,

fig. 12 viser innsuging av ekstra luft til f orbrenningsluf: ten fra et rom utenfor brennkammeret,

fig. 13A viser omdanningen av brennerroret til et konisk utvidet beger for stabilisering av en bred flamme,

fig. 13B viser en brenner ifolge fig. 13A med innstromning av se-kundærluft gjennom boringer i det utvidede begerparti,

figurene 14 og 15 viser den koniske og

figurene 16 og 17 den slissformet-ovale åpning i forstovningskanalen.

Innholdet i tysk Offenlegungs-skrift 2 320 442 utgjor en del av foreliggende ansokning. Det refereres uttrykkelig til dette skrift som utgangspunkt for oppfinnelsen, samtidig som man unnlater å gjenta det som der er angitt.

Brenneren ifolge oppfinnelsen består ifolge figurene av en forstov-ningsdel 10, som er omgitt av en koaksial, sylindrisk mantel 11 og luftinntaket for forbrenningsluften utgjores av en ringformet kanal 15 med lufttilforsel gjennom en ledning 160

I tilslutning til den sylindriske mantel 11 kan det ifolge tysk Offenlegungs-skrift 2 320 442 folge en konisk innad avsmalnende plate 12, som betegnes som brennermunning og som fra sitt trangeste tverrsnitt fortsetter i et brennerror 130

I sylindermantelen 11 er det montert en tennstift 18, som sorger for tenning ved begynnelsen av forbrenningsprosessen. Sylindermantelen 11 og den ringformede kanal 15 er i den ende som vender bort fra brennkammeret forsynt med en plate 19 med et vindu 17 og tilforselen 20 for oljen hhv. brennstoffet samt en tilforsel 21 for forstovningsluften hhv. forstovningsmediet. Forbindelsen 14 tjener til flammeovervåkning.

Selve forstovningsdelen 10 omfatter ifolge fig. 2 en mekanisk trykk-forstovningsdyse 1 for brennstoffet, som ender like foran en forstovningskanal 2. Tangensiale kanaler 3, som danner tilforsel for forstovningsmediet i et plan perpendikulært på eller skrått til brenneraksen, munner i forstovningskanalen 2 med en avstand på minst 2 mm fra trykk-forstovningsdysen 1.

i

Tilforselen av forstovningsluften hhv. -mediet skjer ifolge fig. 3 til boringene hhvc kanalene 3 via en ringformet kanal 9, slik at en jevn forsyning av kanalene 3 er sikret„

Trykk-forstovningsdysen 1 for det tilforte, flytende brennstoff er vist i fig0 4 og 5. Brennstoffet ledes likeledes gjennom tangensiale og mot brenneraksen skråstilte kanaler 5 til en sprayboring 6, hvor det fordeles til orsmå dråper. I tilslutning blir brennstoffet i forstovningskanalen 2 godt blandet med forstovningsluften hhv. -mediet og blir i tilslutning forbrennt etter ytterligere en blanding med forbrenningsluften.

Foruten den ovenfor omtalte stabilisering av blandingsstromningen hhv. flammestromningen eller flammen ved hjelp av en innsnevring av stromningen ifolge fig. 1 og fig. 6, kan stabilisering oppnås på en annen måte, hvorved forbrenningsprosessens ovenfor omtalte

trinn selvsagt også kommer til anvendelse.

I figurene er brennkammerveggen betegnet med 33 og det fremgår at selve brenneren rager helt inn i brennkammeret.

Stabiliseringen kan f.eks. oppnås ved en akselerert totalstromning ifolge fig. 7, hvorved roret for koaksial og likerettet tilforsel av forbrenningsluft kan fortsette i form av et keramisk ror 26, hvis store evne til varmemagasinering sikrer en flammestabilisering bl.a. ved strålingsrefleks. I stedet for et keramisk materiale kan det selvsagt benyttes en annen materialtype med samme eller lignen-de varmemagasineringsevne og tilsvarende temperaturbestandighet.

Ifolge fig. 8 kan brennerroret også omfatte forst et konisk utvidet parti 27 og deretter et konisk avsmalnende parti 28, hvorved flammen vil stabilisere seg på en bestemt hastighet i det ytre område. Flammen vil i dette tilfelle få en form med noyaktig kontur, da

den oppstår der hvor flammehastlgheten er lik stromningshastigheten.

Ytterligere en stabiliseringsmåte består ifolge fig. 9 i at det ved hjelp av en oppdemningsplate 29 fremkalles en okt og sterkt turbu-lent stromning av forbrenningsluften. Etter en innsnevring av stromningen dannes så den omtalte, stabile flammefront i et utvidet parti 30 av brennerroret. Ved denne utforelsesform innstilles en ter-misk avlastning av brennerroret og det oppnås en bred flamme med ringe lengde.

I motsetning til flammen ved sistnevnte utforelsesform er flammen ved den utforelsesform som er vist i fig. 8, vidtgående inneluk-ket' i brennerroret. Denne utforelsesform av brenneren vil spesielt benyttes i ovner, hvor en direkte flammestråling skal begrenses mest mulig.

Ifolge fig. 10 og 11 er det for stabilisering også mulig å lede forbrenningsluft tilbake, slik at denne danner en ringformet mantel rundt flammestromningen. I dette tilfelle kan det være anordnet en rekke ytre åpninger 31 i det konisk utvidede parti 27 av en brenner, gjennom hvilke åpninger brenngassen hhv. inertgassen suges inn. Ifolge fig. 11 kan innsugningen gjennom åpningene 31 og-så skje i området for tilforsel av forbrenningsluft.

Innsugningen skjer i disse tilfelle, fordi den sterkt akselererte forbrenningsluft "har et lavere statisk trykk enn gassmassen innenfor det egentlige brennkammeret.

Ifolge fig»12 kan innsugning av ekstraluft også skje gjennom åpninger 32 utenfor brennkammeret som dannes av veggen 33. Derved blir en regulering lettere. Ved en stor nok andel av forstovningsmedium kan innsugningen alene strekke til, slik at man kan unnvære en kompressor for opprettelse av forbrenningsluftens trykk.

Til opprettelse av en flat og bred flamme ifolge fig. 13A og B har det vist seg gunstig å la forstovningskanalen 2 ende konisk eller slissformet-oval og å utvide brennerroret til en flat skål 34. Ma-terialet er derved med fordel likeledes sterkt varmemagasinerende. Videre kan det foreligge et antall boringer 35, som forloper perpendikulært på veggen og gjennom hvilke brenngasser eller ekstra luft kan tre inn. Slik oppnås en meget kort, mer eller mindre flat flamme, som er rotasjonssymmetrisk ved den koniske åpning av forstovningskanalen. Hvis det ifolge fig. 16 og 17 velges en slissformet oval eller rent slissformet utforelse av forstovningskanalen, dannes en flat, mer oval flamme.

Det vil være innlysende for fagfolk at konstruksjonen av brenneren ifolge oppfinnelsen er særdeles enkel og det vil derfor være desto mer overraskende at man med brenneren ifolge oppfinnelsen, under de forskjelligste konstruktive forhold, er sikret en sot.fri forbrenning, ikke bare ved stokiometriske, men også ved under-stokiometriske betingelser.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for forbrenning av flytende brennstoff, især

fyrings- og dieselolje med luft, med en mekanisk forstovning av det flytende brennstoffet som forste produksjonstrinn og en tangensial tilforsel av forstovningsmedium til den mekanisk forstovede brenn-stof f-stråle i en forstovningskanal som annet trinn og med en koaksial, likerettet tilforsel av forbrenningsluften som tredje trinn, som angitt i tysk patentansokning P 23 20 442.4-13, karakterisert ved en derpå folgende stabilisering av blan - dingsstrålen ved styring av strålens stromning og temperatur.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved en ekstra stabilisering av stromningen med et varmemagasinerende brennerror.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved ekspansjon av blandingsstrålen av forstovet brennstoff og forbrenningsluft med etterfolgende komprimering.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved strupning eller stromningsinnsnevring av den tilforte forbrenningsluft og i tilslutning ved komprimering og ekspansjon av blandingsstrålen av forstovet brennstoff og forbrenningsluft.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at en del av brenngassene ledes tilbake rundt brennerrorets utside og suges inn gjennom åpninger i brennerroret for blanding med blandingsstrålen av forstovet brennstoff og forbrenningsluft.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at de tilbakeforte brenngasser suges inn i forbrenningsluft-strommen gjennom åpninger i tilforselsledningen for forbrenningsluft.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved innsugning av ekstra frisk luft i området utenfor brennkammeret til forbrenningsluften, på grunn av det statiske undertrykk i den hurtigstrommende forbrenningsluften.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved et bredt spredende utlop for brennstoffet som er blandet i forstovningskanalen ved hjelp av forstovningsmediet og tidligere er forstovet mekanisk, samt i tilslutning ved stabilisering i et konisk utvidet beger av varmemagasinerende materiale»

9. Brenner for gjennomforing av fremgangsmåten som angitt i krav 1-8, karakterisert ved et brennerror til styring av den uttredende blandingsstråles stromning og temperatur.

10. Brenner som angitt i krav 9, karakterisert ved den aksiale forlengelse av tilforselsroret (11) for forbrenningsluften med et keramisk ror (26) med stor varmemagasinerings-kapasitet.

11. Brenner som angitt i krav 9, karakterisert ved at det omfatter et brennerror (11) med et forste, konisk utvidet parti (27) og et andre, konisk avsmalnende parti (28).

12. Brenner som angitt i krav 9, karakterisert ved en oppdemningsplate (29) til strupning av forbrenningsluftstrommen og med et forste, konisk avsmalnende parti og et andre, konisk utvidet parti (30) av brennerroret (11).

13. Brenner som angitt i krav 9, karakterisert ved åpninger (31) i brennerrorets omkrets i området for den koniske utvidelse (27).

14. Brenner som angitt i krav 9, karakterisert ved et konisk avsmalnende brennerror (11) og åpninger (31) i rorets omkrets for tilbakeforing av forbrenningsgassene innenfor brennkammeret.

15. Brenner som angitt i krav 9, karakterisert ved åpninger (32) til innsugning av ekstra luft i forbrennings-luf tstr ommen utenfor brennkammeret.

16. Brenner som angitt i krav 9, karakterisert ved en konisk utvidet forstovningskanal (2) og en konisk beger- .formet ansats (34) i brennerrorets (11) forlengelse, hvilken ansats består av et varmemagasinerende materiale.

17. Brenner som angitt i krav 16, karakterisert ved at den koniske begeransats (34) har et antall åpninger (35) for innfbring av ekstra luft eller forbrenningsgasser.

18. Brenner som angitt i krav 9, 16 og 17, karakterisert ved en slissformet-oval åpning av forstovningskanalen