SE1150808A1 - Brännare - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en brännare, innefattande en allmänt cylindriskreaktorkammare (1) innefattande ett hölje (1') med en proximal ände (lp) och endistal ände (ld). i den distala änden av reaktorkammaren (1) finns en katalysator(4) anordnad. Ett bränsleinlopp (7) finns anordnat i reaktorkammarens proximalaände (lp). Det finns också en uppsättning luftinlopp (22, 23; 24) arrangerade ireaktorväggen vid den proximala änden, konfigurerade att åstadkomma ettroterande flöde av den luft som sprutas in i reaktorkammaren. Det finns ocksåanordnat en flödeshomogenisator (8; 30) som sträcker sig over reaktorkammarens tvärsnitt vid ett läge mellan bränsleinloppet (7) och katalysatorn (4). (Pig. 1)

Description

BRANNARE Denna uppfinning avser ett reaktorsystem for optimering av den katalytiska forbranningen av flytande branslen for fordonstillampningar och stationdra 5 tillampningar.

Uppfinningens bakgrund I katalytiska brdnnare enligt teknikens standpunkt dr det Onskvart att katalysatorn anvands pa ett optimalt salt, det viii saga att de gaser som strommar genom katalysatorn ãr sâ homogena som mojligt. Om bransle:luft-forhallandet är forskjutet mot overskott av brdnsle kan sa. kallade "heta flackar" ("hot spots") uppsta, vilket kan orsaka skada pa katalysatorn.

Saledes krdvs noggrann blandning av brdnslet och luften.

Enligt teknikens standpunkt dr det kant att blanda luft och brdnsle innan blandningen fors in i reaktionskammaren ddr den antands. Detta ãr inget problem cm reaktionskammaren är tillrackligt lang, eftersom eventuella inhomogeniteter jamnas ut Over en tillrackligt lang distans. Om reaktorn emellertid har kortats av for att spara utrymme eller f8r att passa in i sma utrymmen, kan denna utjamning inte uppnas.

Sammanfattning av uppfinningen I ljuset av de ovan ndmnda problemen har uppfinnarna tagit fram en reaktor med 25 vilken man uppthr mycket god blandning, varigenom riskerna for skada pa katalysatorn fOrorsakad av ojamn forbranning mildras.

I en forsta aspekt tillhandahalles en ny brannare innefattande en reaktor for katalytisk forbranning dal- blandningen av bransle och luft forbdttras. Brannaren definieras i krav 1, och innefattar en allmant cylindrisk reaktorkam.mare innefattande ett holje med en proximal ande och en distal ande; en katalysator anordnad i reaktorkammarens distala ande; ett brdnsleinlopp anordnat i reaktorkammarens proximala Ande; en uppsattning luftinlopp arrangerade i reaktorvdggen vid den proximala anden, och utformade att tillhandahalla ett roterande node av den luft som sprutas in i reaktorkammaren; en 2 flodeshomogenisator som stracker sig over reaktorkammarens tvarsnitt vid ett lage Indian bransleinloppet och katalysatorn.

I en andra aspekt tillhandahalles en metod for katalystisk forbranning av bransle 5 med forbattrad blandning av bransle och luft. Metoden definieras i krav 11.

Saledes baseras uppfinningen pa tva huvudsardrag: 1) tillhandahallande av organ for att bringa den luft som fors in i reaktorn att rotera inuti kammaren, och fororsakar darvid turbulens som effektivt blandar luften med bransle; 2) tillhandahallande av en sekundar blandare, i en exemplifierande utforingsform i form av ett nat som spanner over reaktorkammarens tvarsnitt pa ett avstand fran inloppet. Den sekundara blandaren kommer att bryta upp det turbulenta flodet och fororsaka en vasentligen fullstandig homogenisering av bransle/luft-blandningen och ocksa fororsaka ett vasentligen linjart flOde efter den sekundara blandaren.

Fordelen med fullstandig homogen blandning och linjart flode, som skapas av blandningssystemet enligt uppfinningen kan sammanfattas i fyra punkter: Det eliminerar bildningen av beta fiackar ("hotspots") i katalysatorn som potentiellt 20 skulle kunna leda till kortare livslangd hos produkten Det sakerstaller att hela katalysatorn utnyttjas i processen, vilket resulterar i optimering av katalysatorstorlek och material som sanker driftskostnaderna for den katalytiska varmaren Det optirnerar den katalytiska reaktorns storlek eftersom den erforderliga 25 uppehallstiden for blandning for att uppna linjart och homogent flode minimeras genom den paivingade flodesstabiliseringen i reaktorn Bransle/luftblandningens rotationsrorelse skapar en central framatriktad flOdesrarelse som forhindrar att branslet kommer i kontakt med reaktorns vaggar, vilket forhindrar att sotbildning uppkommer.

Ytterligare tillampningar av uppfinningen kommer att framga av detaljbeskrivningen i det foljande som ges i anslutning till de bifogade ritningarna vilka endast dr exempliferande, och skall saledes inte anses som begransande pa uppfinnigen, och dar Fig. 1 är ett schematiskt tvarsnitt genom en brannare; 3 Fig. 2a visar en utforingsform av en fordelare; Fig. 2b visar en annan utfOringsform av en fordelare; Fig. 3a illustrerar en homogenisator; och Fig 3b visar en annan homogenisator.

Detaljerad beskrivning av foredragna utforingsformer Det nya katalytiska reaktorsystemet, sehematiskt visat i Fig. 1, innefattar en allmant cylindrisk reaktor, allmant betecknad 1, vilken har en proximal och en distal ande, betecknade lp respektive id. Bransle 2 och luft 3 inf8rs separat reaktorn och blandas sedan till bildande av en homogen blandning innan kontakten med katalysatorn 4.

I en foredragen utforingsform innefattar reaktorsystemet aven ett inre kylningssystem 5', 5", 12 for att reducera bildningen av emissioner flan den katalytiska reaktorn. Ett bransleinsprutningsorgan 7 innefattande ett munstycke 7', avpassat att finfordela branslet innan det blandas med luft och antands for att producera en flamma 7", finns anordnat i reaktorandvaggen i den proximala anden lp.

Vasentliga sardrag hos det nya reaktorsystemet ar organ anordnade for blandning av bransle och luft pa ett mycket effektivt sat, och for homogenisering av flodet av blandad gas i syfte att utnyttja katalysatorn sa effektivt som mojligt.

I Fig. 1 anges blandningsorganet schematiskt vid 6a, vilket representerar oppningar anordnade langs omkretsen runt om munstycket 7' for finfordelning av branslet. Dessa oppningars geometri kan variera inom vida granser, vilket kommer att forklaras ytterligare nedan i anslutning till Fig. 2a-b. Det viktiga funktionella sardraget hos blandningsorganet 6a ãr att det har ffirmaga att satta luften i rotation inuti den cylindriska reaktorkammaren.

Tack vare den kraftiga rotationen hos luften langs den cylindriska reaktorkammarens innervaggar kommer det att ske en mycket effektiv blandning av bransle, luft och forbranningsgaser som produceras i flamman. 4 Den kraftiga blandningen fororsakar extremt turbulent flode inuti reaktorn, och speciellt kommer den roterande luften att tillhandahalla ett "tacke" (blanket) av luft narmast reaktorvaggen. Tacket skyddar \Tamen fran flamman, genom att sotbildning effektivt hindras eller till och med forhindras fran att upptrada pa reaktorvaggarna.

En annan effekt av den kraftiga blandningen är att det turbulenta floclet av gaser som darvid fororsakas, kommer att uppvisa en inhomogen koncentration av bransle i bransle/luftblandningen. Detta kan i sin tur farorsaka heta flackar i katalysatorn vilket kan resultera i for tidig degenerering av katalysatorn och salunda kortare livslangd.

For att homogenisera floclet och omvandla den turbulenta rotationen till ett vasentligen linjart flocle, och ddrigenom eliminera risken att sadan heta flackar uppkommer, är en "flodeshomogenisator" 8 placerad i reaktorn vid ett lage mellan munstycket 7 och katalysatorn 4. Homogenisatorn 8 stracker sig Over hela kammaren i tvar-/radialriktningen. Lampligen ãr homogenisatorn ett ndt, eller en perforerad platta. Ndr det turbulenta fladet traffar homogenisatorn bryts floclet upp i mycket mindre floden vilket orsakar en noggrann blandning och saledes jamnar ut alla koncentrationsskillnader i blandningen.

Nu kommer den nya blandningsfunktionen att beskrivas med hanvisning till Fig. 2.

Sá som antytts finns flera mojliga utforingsformer av denna aspekt av uppfinningen. Fig. 2a visar schematiskt en forsta utfOringsform av den bakre (proximala) reaktorvaggen ddr det finns vasentligen cirkuldra 6ppningar anordnade langs omkretsen runt om flammunstycket. Detta konstruktionselement kommer att betecknas "fordelare" 20 eftersom dess 30 funktion ãr att fordela luftflodet sa att en rotation av luftvolymen inuti kammaren skapas.

I den utforingsform som visas i Fig. 2a finns anordnat en uppsattning sma forsta oppningar 22 med en forsta diameter, arrangerade koncentriskt runt om och nara munstycket 7, och en uppsattning stora andra Oppningar 23, arrangerade koncentrisk med de forsta oppningarna och nara reaktorkammarens innervagg, vilka andra oppningar har en andra diameter som är storre an de f8rsta oppningarnas 22 diameter.

I foredragna utforingsformer finns ungefar fyra stora oppningar och fyra sma, men antalet oppningar kan variera mellan ZZ och QQ. Eftersom det inkommande flodet fran fordelarens 20 baksida har en flodeshastighet (m3/s), kommer fl6deshastigheten ut fran de olika stora oppningarna att skilja sig at s6. att de mindre (inre) oppningarna 23 kommer att ge en hogre flodeshastighet inuti reaktorn an de storre (yttre) oppningarna 22. Salunda kommer det att foreligga en gradient i flodeshastighet radiellt tvars over kammarens inre, vilket kommer att generera en rotation hos gasvolymen ddrinne.

En annan utforingsform visas i Fig. 2b. Den innefattar baffelliknande element 24 arrangerade koncentriskt runt om munstycket 7 vid ett ldge mellan munstycket och fordelarplattans 20 periferi, likt oppningarna i Fig. 2a. Dessa bafflar 24 ãr gjorda genom att stansa eller slat-a ut partier i fordelarplattan 20 motsvarande cirkelsegment, med ett parti av segmenten ldmnade fastsatta eller integrerade med plattan 20. Detta skapar vikabara "flikar" som kan b6jas uppa sâ att de skjuter ut i en vinkel fran fordelarplattans 20 plan. i Fig. 2b antyds detta med streckade linjer 25. Foretradesvis ãr en inre del av varje segment kortare an en yttre del, sa att bojlinjerna 25 inte stracker sig radiellt utan snarare i en vinkel i forhallande en radie.

Som saledes framgar av Fig. 2b kommer luft inkommande frail baksidan att gd emot flikarna 24 och kommer darvid att omriktas i sidled for att pa sa salt skapa ett spiralflode. i den illustrerade utforingsformen foreligger sex flikar, men antalet är inte kritiskt och kan variera beroende pa reaktorns storlek och geometri.

Det finns otaliga mojliga konfigurationer av organ for att omrikta luftflodet vid sidan av de bagge ovan beskrivna och man skulle kunna tanka sig att era oppningarna sjdlva sadana att borrningarna bildar en vinkel. Emellertid ãr den 6 specifika utformningen av en fordelare for blandning beroende pa det satt pa vilket luft tillfors, och kommer ddrfor att vara en konstruktionsfraga, for vilken det inte kravs nagot uppfinnararbete, och som ligger Mom fackmannens kompetensomrade.

Det andra viktiga sardraget hos uppfinningen är tillhandahallandet av homogenisatorn, kortfattat omnamnd ovan.

Fig. 3 visar ett exempel pa en homogenisator 30 implementerad i en utforingsform av fbreliggande uppfinning. Den innefattar ett skiljeelement form av en vagg som delar upp reaktorkammaren i tva utrymmen, ett forsta utrymme ddr blandningen sker, och ett andra utrymme nedstroms om det forsta utrymmet ddr flodet "lineariseras", det viii saga homogeniseras sa att det uppvisar vdsentligen linjart flOde av gaserna.

I en forsta utforingsform som visas i Fig. 3a, har homogenisatorn 8 en uppsattning oppningar 32 av olika storlekar. i den visade utforingsformen visas tva storlekar, men tre eller fyra eller till och med fler storlekar kan anvandas. i centrum av homogenisatorn 30 finns inga oppningar, och salunda foreligger ett omrade 31 som fungerar som en flamskold 8' for att forhindra att flamman (7" i Fig. 1) kommer in i det andra utrymmet, dar den skulle kunna fororsaka skada pa katalysatorn 4.

Oppningarnas 32 funktion ãr att bryta upp det turbulenta roterande fladet i det forsta blandningsutrymmet ndr flode kommer emot homogenisatorn 8. Uppenbarligen kommer dtminstone en del av den strommande gasen att passera genom 6ppningarna 32 medan en del kommer att reflekteras av vaggavsnitten mellan oppningarna 32. Resultatet kommer slutligen att bli en mycket mer framktriktad rorelseenergi i den strommande gasen, och ett vasentligen linjart flode kommer att skapas i det andra utrymmet. Pa detta sat kommer variationer i gasflodets vdrmeinnehall att utjamnas i det andra utrymmet och det kommer att vara mer osannolikt att de tidigare namnda beta flackarna uppkommer. 7 Fig. 3b illustrerar schematiskt an annan utf8ringsform av en homogenisator som kan implementeras i foreliggande uppfinning. Den innefattar ett nat 34 (visas endast delvis; det tacker hela reaktorns cirkulara tvarsnitt) tillverkat av tamligen tjocka stanger 36 arrangerade vinkelratt till bildande av kvadratiska oppningar 38. Dessa oppningar 38 kommer att fungera vasentligen pa samma satt som oppningarna i den tidigare utforingsformen i Fig. 3a.

I foredragna utforingsformer kyls hela reaktorn med kylvatten. Genom att era reaktorholjet dubbelvaggigt, kan kylvatten fOras genom det utrymme som loper langs omkretsen (vid 5 i Fig. 1) inuti det dubbelvaggiga holjet. Vattnet leds foretradesvis genom kylsystemet i motstrom, som framgar i Fig. 1 dar vatten W kommer in via ett inlopp 12in i den distala anden och 15mnar vid den proximala anden via ett utlopp 12out.

Claims (10)

PATENTKRAV: 1. En brannare, innefattande en allmant cylindrisk reaktorkammare (1) innefattande ett holje (1') med en proximal ande (1p) och en distal dnde (1d); en katalysator (4) anordnad i reaktorkammarens (1) distala ande; en uppsattning luftinlopp (22, 23; 24) arrangerade i reaktorvaggen vid den proximala anden och konfigurerade att tillhandahalla ett roterande flode av den luft som injekterats i reaktorkammaren genom att det finns anordnat blandningsorgan (6a, 24a, 24b) arrangerade runt om luftinloppen fOr omriktning av luftflodet; ett brdnsleinlopp (7) anordnat i reaktorkammarens proximala .ride, arrangerat att injektera brdnslet in i det roterande luftflodet; en fl8deshomogenisator (8; 30) som stracker sig over reaktorkammarens tvarsnitt i ett ldge mellan brdnsleinloppet (7) och katalysatorn (4). 2. Brannare enligt krav 1, dar brdnsleinloppet innefattar ett f8rstoftningsmunstycke (7') for brdnslet. 3. Brannare enligt krav 1, ddr luftinloppen innefattar Oppningar (24a) som delvis är tdckta av klaffar (24b) arrangerad att omrikta luftflodet i en vdsentligen tangentiell riktning fOr att ddrigenom fororsaka ndmnda rotation. 4. Brannare enligt nagot av foregdende krav, ddr flodeshomogenisatorn innefattar ett perforerat skiljeelement (30, 32; 36, 38). 5. Brannare enligt krav 4, dar flodeshomogenisatorn är ett nat (36, 38). 6. Brannare enligt krav 4 eller 5, dar flodeshomogenisatorn (8; 30) innefattar en central (31)del som inte är perforerad. 7. Brannare enligt nagot av foregaende krav, dar holjet är dubbelvaggigt (5', 5") for att tillhandahalla en kylmantel (12). 8. Brannare enligt krav 7, med ett distal vatteninlopp (12) och ett proximalt vattenutlopp (12„t) till respektive fran kylmanteln (12). 9. Brannare enligt krav 3, dar klaffarna bildar en vinkel i forhallande till reaktorvaggen uppgaende till 15 - 60 °. £ PI,

1. A az '6u OZ 32 38 34 411 MEIM•MIIMM im•sum ••••■••sqhH imommi •••••■■••aum si••••■•••■••17 ammi•mcms• smi•••11•111111 ••••■••••■••• Imm..•••••■ 11•••••••imi lE•mi•smas v••••••••• 1111111111111