NO822064L - Fremgangsmaate og innretning for forbrenning av faste brennstoffer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for forbrenning av

faste brennstoffer på en rødglødende bedd i en chargevist arbeidende forbrenningskjel- eller varmeinnretning hvor de utviklede forbrenningsgasser fører til en røkkanal.

Forbrenning er en likevektsreaksjon hvor konsentrasjonen, temperaturen og tiden som de mest vesentlige faktorer be-

stemmer sluttproduktet. I tillegg krever forbrenning en høy grad av frihet for molekylene, d.v.s. at det faste brenn-

stoff først må omdannes til en gassfase. Ved chargevist arbeidende kjeler eller oppvarmingsinnretninger som bruker faste brennstoffer vil en fullstendig forbrenning være nesten umulig å oppnå, og dette er naturligvis en stor u-

lempe med hensyn til den virkningsgrad, miljø og brann-

sikring. Det er særlig mengden av fast brennstoff, i kjelen som hindrer en regulering av konsentrasjonen i forbrenningskammeret, med unntagelse av den luftmengde som tilføres.

Som regel vil imidlertid den luftmengde som mates inn i forbrenningskammeret (hvor det for det meste skjer en begrenset forbrenning) ikke være tilstrekkelig i forhold til mengden av utviklede forbrenningsgasser for styring av varmeuttaket.

Videre senkes temperaturen i forbrenningskammeret av den inn-førte mengde, idet etterfyllings diskontinuerlige natur og fuktighetsprosenten i brennstoffet her er i mest vesentlige faktorer.

Utilstrekkelig luft og eller en for lav temperatur vil hin-

dre antennelse og frobrenning av utviklede forbrenningsgas-

ser, og en betydelig mengde forbrennbart materiale, i hovedsaken hydrokaboner og karbonmonoksyder, vil således unnslippe fra forbrenningskammeret. Dette materiale danner avleiringer på relativt kolde flater, eller unnslipper ut i atmosfæren gjennom røkkanalen. Avleiringer i form av sot og tjære på

veggen i forbrenningskammeret og en forbrenningsgasskjøler reduserer effektiviteten, og kjelens kapasitet reduseres.

Et sotlag på 1 mm på varmeflaten i kjelen vil redusere dens kapasitet med 5%. Et slikt belegg øker faren for brann i røk- kanalen, særlig ved fyring med et meget brennbart brennstoff med full mengde. I tillegg kan det forekomme at unn-slippende forbrenningsgasser vil antennes i røkkanalen, slik at røkkanalen vil virke som en etterbrenner. De fleste røk-kanaler kan tåle en forbrenning av avleiringene, men bare få av dem kan tåle de høye temperaturer som oppstår under en etterbrenning.

Det har vært gjort forsøk på å fremme forbrenningen av de utviklede forbrenningsgasser ved å mate sekundær luft til toppen av forbrenningskammeret. Det er allikevel fremdeles primærluftmengden som føres inn i forbrenningskammeret, som vil styre varmeleveringen. Den sekundære luftmengde gir det nødvendige overskudd av luft uavhengig av denne styring. Resultatet er en forbedret og i noen tilfelle til og med fullstendig forbrenning når temperaturen i forbrenningsgassene er tilstrekkelig høy, mens forbrenningsgassene deri-mot ved en for lav temperatur vil støtes ut uten å brenne og med øket hastighet, under den spylevirkning som sekundærluft utøver.

En annen metode er å holde igjen de utviklede forbrenningsgasser i forbrenningskammeret over en lengere tidsperiode. Man kan her tenke seg et forbrenningskammer som er forstør-ret med hensyn på kapasiteten, et supplementerende sekun-dært forbrenningskammer, og forbrenningskammeret som har øket strømningsmotstand for de utgående gasser. Slike ut-førelser er imidlertid heller ikke tilfredsstillende, hvilket skyldes at selv om en langsomere brenning vil være mer fullstendig vil allikevel varmetapet gjennom den ekstra varmeflate hindre en forbrenning.

I tillegg til denne direkte styring av forbrenningen har

det vært gjort, forsøk på å behandle de forbrennbare f or-brenningsgasser etter at de er gått i fra forbrenningskammeret. Slik indirekte styring innbefatter bl.a. termisk brenning, oksydasjon ved hjelp av en katalysator og filtre-

ring. På denne måten er det mulig i vesentlig grad å redusere utslippet av forbrennbart materiale, men kostnadene er meget store. Mer særskilt skal her oppmerksomheten rettes mot bruk av en katalysator, fordi tidligere kjent tek-nikk på dette område nu er under sterk endring. En oksyde-rende katalysator reduserer den energi som er nødvendig for forbrenningen, slik at det virker som om forbrenningen skjer ved en lavere temperatur. Man har imidlertid funnet at bruk av en faststoff-bedd med et billig metall på en keramisk bærer som en katalysator umiddelbart utenfor forbrenningskammeret ikke ga den ønskede virkning. Selv om man kunne observere en viss bedring, så var temperaturen i de utviklede forbrenningsgasser fremdeles for lav. Det forventes at bedre katalysatorer vil bli tilgjengelige i fremtiden.

Oppfinnelsen tar sikte på å eliminere de foran nevnte u-lemper og å tilveiebringe en fremgangsmåte hvormed det kan realiseres en fullstendig forbrenning av faste brennstoffer på en enkel og pålitelig måte.

Dette oppnås derved at forbrenningsgassene føres igjennom den rødglødende bedd i motstrøm med varmestrømmen, for derved å varme dem opp til deres antennelsestemperatur.

Ved bruk av dette tiltak vil det skje en spontan antennelse av de forbrennbare komponenter i forbrenningsgassenen, mer øking av varmeleveransen og kapasiteten til kjelen eller varmeinnretningen under i hovedsaken samtlige fyringstilstander, med fullstendig forbrenning av det faste brennstoff. På denne måten kan faste brennstoffer benyttes i videste for-stand. Den rødglødende bedd opprettholdes av forbrenningen. Små karboniserte partikler vil falle ned og fortsette forbrenningen under den rødglødende bedd. Kjelens eller varme-innretningens varmeleveranse kan styres ved hjelp av de føl-gende avhengige variabler: luftmatingen inn i forbrenningskammeret, størrelsen av den rødglødende bedd-flate og trekken i røkkanalen.

Det foretrekkes at det mellom den rødglødende bedd og røk-kanalen anordnes et rom som er slik dimensjonert at oppholdstiden for forbrenningsgassene deri vil være tilstrek-

kelig til å bevirke en fullstendig forbrenning av gassene.

Denne oppholdstid vil være maksimalt 2 sek.

Avhengig av type fast brennstoff tilføres fordelaktig sekun-

dær luft til rommet mellom den rødglødende bedd og røkkanal-

en. Denne sekundære luft kan være forvarmet eller ikke.

Hensiktsmessig kan en katalysator-bedd være anordnet i rom-

met mellom den rødglødende bedd og røkkanalen. Denne katalysator-bedd kan være stasjonær eller agitert.

Det er også fordelaktig dersom den rødglødende bedd i det

minste delvis hviler på en perforert konstruksjon som kan være kjølt eller oppvarmet, tvungent eller fritt.

I tillegg er den nevnte konstruksjon fortrinnsvis bevegbar.

I en foretrukken utførelsesform tilføres primærluften til

rommet over den rødglødende bedd. Primærluften kan tvangs-tilføres eller tilføres fritt, og den kan eventuelt være forvarmet.

Videre foretrekkes det å rette f orbrenningsgassene inn i røk-kanalen ved hjelp av et underatmosfærisk trykk, som følge av en trekkvirkning i røkkanalen. Denne trekkvirkning kan være kunstig eller naturlig.

I tillegg kan forbrenningsgassenes bane til røkkanalen fordelaktig utnyttes for å gi en ekstra varmeflate.

*

Oppfinnelsen vedrører også en innretning for utførelse av fremgangsmåten. En slik innretning innbefatter en kjel eller en varmeinnretning med en rist for dannelse av en rødglødende bedd derpå, og med en røkkanal for utføring av de utviklede forbrenningsgasser. Det som kjenntegner innretningen ifølge oppfinnelsen er at rommet over risten står i forbindelse med røkkanalen via et rom under risten.

Det foretrekkes at rommet mellom ristens nedre flate og røk-kanalen er dimensjonert slik at oppholdstiden for forbrenningsgassene her vil være tilstrekkelig for fullstendig forbrenning.

Rommet mellom ristens nedre flate og røkkanalen er videre fordelaktig forsynt med midler for tilføring av sekundærluft. Disse midler kan være anordnet i forbindelse med midler for forvarming av sekundærluften.

Hensiktsmessig kan risten i det minste delvist være forsynt med åpninger,idet det parti hvor åpningene er videre innbefatter midler for tvungen kjøling og eller oppvarming derav, og midler for bevegelse av partiet. Det foretrekkes videre at rommet over risten er forsynt med midler for tilføring av primærluft, hvilke midler er anordnet i forbindelse med midler for forvarming av primærluften.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor

Fig. 1 viser et tverrsnitt igjennom en med fast brennstoff

arbeidende kjel eller varmeinnretning,

fig. 2 viser en detalj av kjelen i fig. 1, med en katalysator,

fig. 3 viser et snitt etter linjen III-III, fig. 1,

fig. 4 viser et snitt etter linjen IV-IV, i fig. 1,

fig. 5 viser et snitt etter linjen V-V, i fig. 2.

En typisk kjel som arbeider med et fast brennstoff har et forbrenningskammer 10, omgitt av en vannmantel 11 isolasjon 12. Lufttilførselen styres av ventiler 14 og 15 anordnet i en dør 13, og røkgasser går ut gjennom en skorstensforbin-

delse 16 hvor det er plassert en trekkregulator 17. Som vist på tegningen er den direkte forbindelse fra frobrenningskam-meret til skorstensforbindelsen lukket med en plate 22.

Rommet mellom denne platen 22 og kjelens bakvegg 24 kan benyttes som en ekstra varmeflate, med ribber 23. I bunnen av kjelen er det plassert en rist som i dette tilfellet består av et åpent parti 18 og blindpartiet 19 og 20. Det høyre blindpartiet 20 er forbundet med platen 22 slik at damp og gass kan slippe ut fra forbrenningskammeret gjennom den åpne rist og gå i retning av skorstenen. Lengden av dette blindpartiet er slik at uforbrente rester vil gis tilstrekkelig tid for forbrenning uten vesentlig kjøling. Tilførsel av sekundærluft under risten kan skje gjennom hull i platen 21

som begrenser rommet under risten på kjelens venstre side.

Start av forbrenningen skjer ved å tilveiebringe en rødglød-

ende smuldrende masse på den åpne rist 18 under utnyttelse av en mindre brennstoffmengde, hvilken masse vil danne den rød-glødende bedd. For skikkelig gjennomføring av den inventive ide er det vesentlig at risten er helt dekket av denne rød-glødende bedd. Man kan så fortsette fyllingen av kjelen med brennstoff. Brennstoffet som får kontakt med den rødglødende bedd vil omgjøres til gass som følge av den intense varmen.

Bare deler av de damper og gasser som utvikles vil brennes umiddelbart. Resten vil ennu ikke ha fått sin antennelsestemperatur.

Skorstenstrekken vil trekke alle gassformede substanser i forbrenningskammeret ut igjennom den rødglødende bedd og derved tillate en i hovedsaken fullstendig forbrenning.

For å muligjgøre en forbrenning som er så fullstendig som

mulig under ekstreme fyringstilstander eller ved anvendelse

av materialer som er vanskelige å brenne (jernbanesviller, gummi etc.)kan som tidligere nevnt en katalysator 25 anordnes. Katalysatoren anordnes ved begynnelsen av det høyre blindpartiet 20. Det velges et stasjonært bedd- arrangement for derved å minimalisere trykkfall, slik at den naturlige skorstenstrekk vil være tilstrekkelig. Det nødvendige luft-overskudd tilveiebringes ved(tertiær- ) lufttilførsel gjennom røret 26.

Claims (29)

1. Fremgangsmåte for forbrenning av fast brennstoff på en rødglødende bedd i en chargevist arbeidende kjel eller varmeinnretning, hvor de utviklede forbrenningsgasser føres til en røkkanal, karakterisert ved at forbrenningsgassene føres gjennom den rødglødende bedd i motstrøm med varmestrømmen for derved å varme opp gassene til deres antennelsestemperatur.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det tilveiebringes et rom mellom den rødglød-ende bedd og røkkanalen, hvilket rom dimensjoneres slik at oppholdstiden for forbrenningsgassene deri er tilstrekkelig for å tilveiebringe en fullstendig forbrenning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at oppholdstiden maksimalt er 2 sek.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at sekundærluft tilføres til rommet mellom den rødglødende bedd og røkkanalen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at sekundærluft forvarmes.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 2-5, karakterisert ved at en katalysator-bedd anordnes i rommet mellom den rødglødende bedd og røkkanalen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at katalysator-bedden agiteres.

8. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den rødglødende bedd dannes i det minste delvis på en perforert konstruksjon.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den perforerte konstruksjon underkastes positiv kjøling.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den perforerte konstruksjon underkastes positiv oppvarming.

11. Fremgansmåte ifølge et av kravene 8-10, karakterisert ved at den perforerte konstruksjon beveges.

12. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at primærluft tilføres rommet ov-er den rødglødende bedd.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at primærluften tvangstilfører.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at primærluften forvarmes.

15. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at forbrenningsgassene rettes mot røkkanalen ved hjelp av underatmosfærisk trykk som følge av trekken i røkkanalen.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at røktrekken er tvungen.

17. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 2-16, karakterisert ved at forbrenningsgassenes bane til røk-kanalen utnyttes for tilveiebringelse av en ekstra varmeflate.

18. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at overflatestørrelsen til den rød-glødende bedd varieres for derved å styre kjelen eller varme-innretningens varmeleveranse.

19. Innretning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, innbefattende en kjel med en rist for dannelse av en rød-glødende bedd derpå, og en røkkanal for utslipping av de utviklede forbrenningsgasser, karakterisert ved a t rommet over risten står i forbindelse med røkkanalen gjennom et rom under risten.

20. Innretning ifølge krav 19, karakterisert ved at rommet mellom ristens nedre flate og røkkanalen er dimensjonert slik at oppholdstiden for forbrenningsgassene deri vil være tilstrekkelig for fullstendig forbrenning.

21. Innretning ifølge krav 19 eller 20, karakterisert ved at rommet mellom ristens nedre flate og røkkanalen er forsynt med midler for tilføring av sekundærluft.

22. Innretning ifølge krav 21, karakterisert ved at midlene for tilføring av sekundærluft er til-knyttet midler for forvarming av sekundærluft.

23. Innretning ifølge et av kravene 19-21, karakterisert ved at risten i det minste delvist er forsynt med åpninger.

24. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at den del av risten som er forsynt med åpninger innbefatter midler for tvungen kjøling derav.

25. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at den del av risten som er forsynt med åpninger er forsynt med midler for oppvarming derav.

26. Innretning ifølge et av kravene 23-25, karakterisert ved at den delen av risten som er forsynt med åpninger er forsynt med midler for bevegelse av den.

27. Innretning ifølge et av kravene 19-26, karakterisert ved at rommet over risten er forsynt med midler for tilføring av primærluft.

28. Innretning ifølge krav 27, karakterisert ved at midlene for tilføring av primærluft er til-knyttet midler for forvarming av primærluften.

29. Innretning ifølge et av kravene 19-28, karakterisert ved at det er anordnet midler for variering av størrelsen til overflaten av den rødglødende bedd.