SE413431B - Aggregat for forbrenning av icke explosiva processgaser - Google Patents

Description

- 7809131-1 konvektiv kylning av flamrörsväggen, ett intag för processgasen till nämnda mellanrum vid flamrörets utlopp med en ringkammare för jämn fördelning av processgasen, en andra ringkammare vid flamrö- rets främre ände för omlänkning av processgasen in i ringkammarens förlängning mellan flamrörets främre del och inloppskonen för kyl- ning av inloppskonens yttersida, en inloppsspalt för procešsgas från ringkamaren vid flamrörets främre ände för filmkylning av in- loppskonens insida, utloppshål för processgasen vid inloppskonens bakre ände för inblandning i flamman och förbränning av förorening- arna, samt en temperaturgivare vid flamrörets utlopp för styrning av mängden tillsatsbränsle och processgas till brännaren.

Vår konstruktion är sådan att den med.lätthet kan anpassas till olika tillsatsbränslen beroende på vad som är lämpligast i samband med olika anläggningar och processer och kan även användas för tjockolja, som hittills endast med svårighet kunnat brännas i plåtugnar.

Orsaken till att plåtkonstruktioner tidigare endast med svå- righet kunnat användas för tjockolja och endast i begränsad omfatt- ning för lättare bränslen är den bristande hållbarheten. För att få en fullständig och sotfri förbränning måste temperaturen hållas hög. Därvid utsättes materialet i brännkammaren för stora påfrest- ningar. För att få ett tillräckligt hållbart material har man där- för hittills varit tvungen att använda keramiskt material, t.ex. eldfast tegel. Även om materialproblemen i en plâtkonstruktion är vitala vid sådana bränslen som gas och lättolja, så accentueras de ytterligare kraftigt för tjockolja. Föroreningarna i tjockoljan, speciellt de små mängderna vanadin och natrium, bildar en lättsmält slagg, som fäster vid brännkammarväggen och redan vid 550°C kan för- orsaka en korrosion. Balansen mellan fullständig förbränning och låg väggtemperatur har man icke tidigare kunnat klara.

Med användning av specifika stålkvaliteter t.ex. Avesta 253 MA och Inconel Alloy 671 samt speciell konstruktionsteknik vid upp- byggnaden, exempelvis i termiskt högt belastade delar, har vi kom- mit fram till en mycket god livslängd på vårt aggregat. Som exempel kan nämnas att vid en flänsad rörförbindning kan svetsen icke-göras på vanligt sätt med en ringfläns svetsad på ett rör, utan en fläns med utdragen nos måste användas och röret svetsas mot denna fläns- nos för att ge en mera successiv övergång mellan fläns och rör.

För att en tillfredsställande destruktion av de organiska föreningarna i processgaser skall ske måste temperaturen vanligtvis 7209131-1 hållas vid omkring 800°C. Speciellt värmebeständiga, organiska för- eningar kräver visserligen så höga temperaturer som 1300-l400°C, men detta hör till undantagsfallen och kräver extraordinära åtgär- der som vi icke skall gå in närmare på här. Brännkammarväggens tem- peratur får icke överstiga omkring 550°C, då annars korrosionen, vid tjockolja, blir synnerligen kraftig. För att klargöra förhållan- dena tydligare skall vi nämna något om själva förbränningsförloppet.

Det värme som belastar brännkammarväggen sammansättes av en konvektiv del och en strålningsdel. Medan gasformiga bränslen och lättare oljedestillat ger obetydliga resp. små strâlningsbidrag, ger tjockolja på grund av det stora partikelinnehållet i flamman en betydligt större strålningsbelastning.

Det utstrâlade värmet från flamman följer Stefan-Bolzmanns slag, dvs är = Å x T4, där Å åren funktion av bl.a. emissionskoeffi- cienten, som för naturgas är ca 0,1, för lättolja ca 0,25 och för tjockolja 0,45, dvs nästan fem gånger så stor som för gasen.

Den ingående processgasen förvärmes genom att ledas längs brännkammarens utsida, varvid brännkammarväggens eller flamrörets utsida får en temperatur som approximativt är ett medelvärde mellan den inre och den yttre temperaturen. En materialtemperaturbalans visar då, att med en maximal väggtemperatur på 550°C.strå1ningsbi- draget inräknat, och en förbränningstemperatur på 80000 för fullstän- dig destruktion, kan processgasen av fysikaliska skäl högst förvär- mas till ca 300°C. Skillnaden i värmeinnehâll, dvs motsvarande tem- peraturskillnaden mellan 800°C och 300°C måste tillföras genom till- satsbränsle och bidrag från de organiska föreningarna i processga- sen. ' __ Aggregatet enligt uppfinningen skall beskrivas utförligare och mera detaljerat nedan i samband med de åtföljande ritningarna, som visar på I e fig. 1 ett utförande enligt uppfinningen för användning av lättolja eller gasformiga tillsatsbränslen, fig. 2 ett utförande för tjockolja som tillsatsbränsle och fig. 3 temperaturförhållandena vid användning av tjockolja som tillsatsbränsle.

På figurerna har motsvarande detaljer samma hänvisningsbeteck- ningar.

Förbränningsaggregatet på fig. l utgöres av en rörformig brännkammare 1 på vars ena gavel sitter en brännare 2 för tillsats- bränsle. Brännaren 2 användes för att ge den inkommande processgasen *78lDšfí3í-'1 "i så hög temperatur att alla organiska beståndsdelar däri förbrännes fullständigt. Bränslet till brännaren, i detta fall lättolja eller gas såsom naturgas, stadsgas, propangas, etc, ledes in från en ic- ke visad källa genom röret 3 och processgas för tillsatsbränslets förbränning ledes in genom röret 4.

Själva brännkammaren l består av ett inre flamrör 5 och en yttre mantel 6. Genom det ringformiga mellanrummet 7 mellan flamrö- ret och yttermanteln ledespch förvärmes den processgas som icke an- vändes som förbränningsluft i brännaren 2. Processgasen ledes in genom en ringmantel 8 runt flamrörets bakre ände och strömmar mot den främre brännkammargaveln 9 genom mellanrummet 7, varvid process- gasen förvärmes samtidigt som flamröret 5 kyles konvektivt enligt motströmsprincipen. Genom denna förvärmning underlättas den följan- de oxidationen för de organiska föroreningarna och behovet av till- satsbränsle minskas. g Processgasen omlänkas l80° mot gaveln 9 och ledes in i flam- röret genom hål 10 i en inloppskon ll, som avslutas mot brännaren 2 och genom vilken flamman från brännaren går. Hålen 10 är långsträck- ta och utformade så att intaget i flamman från brännaren sker på ett väl avvägt sätt och risken för dålig övertändning minimeras.

På liknande sätt avslutas yttermanteln 6 vid intaget för pro- cessgasen med en hålförsedd kon 12, som tätar mot flamrörets ände.

Runt den koniska avslutningen är anordnad en uppsamlingskammare 13 för processgasen, varifrån den genom hålen i plåtkonen l2 ledes in i mellanrummet mellan yttermanteln och flamröret för att få en jämn strömning utan stråkbildning. Flamröret och yttermanteln hålles losstagbart samman med flänsar 14, 15 vid ändarna och distansbultar 16, 17 som medger tekniska expansioner.

Härigenom kan olika yttermantlar etc. lätt sättas på flam- rör för anpassning av aggregaten efter olika förhållanden.

Ett aggregat för användning av tjockolja som tillsatsbränsle visas på fig. 2. Samma flamrör användes som vid gas, men ytterman- teln är modifierad. Intagningen av processgasen sker på samma sätt genom ringmanteln 8 och uppsamlingskammaren 13 genom den hålförsed- da plåtkonen 12 på yttermanteln 6. Mellanrummet mellan yttermanteln 6 och flamröret 5 är emellertid mindre än vid gasversionen för att ge en snabbare gasströmningoch därmed en effektivare kylning av flam- röret och därmed kompensera för strålningen från tjockoljeflamman.

Vid brännkammarens främre ände är vid tjockoljeversionen an- ordnad en ringkammare 19 på liknande sätt som vid bakre änden för 7809131-1 att processgasströmningen skall ske jämnt utan tendens att bilda stråk. För att ytterligare utjämna strömningen är en krans av led- skovlar 20 dessutom anordnad mellan flamröret 5 och inloppskonen ll där gasen omlänkas 1800 och går in i ringspaltens förlängning l9a.

Gasen bibringas på så sätt en tendens till rotationsrörelse som ut- jämnar skiktningar, och går sedan in i brännkammaren genom hålen 10 i inloppskonen ll.

Inloppskonen blir kraftigt uppvärmd och påfrestad genom strål- ningen från tjockoljeflamman. Genom processgasens starkt turbulenta strömning genom ledskovelkransen förbättras kylningen av inloppsko- nen, och dessutom är diametern pâ densamma redan vid brännarmynnin- gen utvidgad så mycket som konstruktionen medger. 7 För att kyla inloppskonen ytterligare där den speciellt påver- kas av hettan från brännaren är vidare en ringspalt 21 upptagen mel- lan brännaren och inloppskonens främre kant. Genom denna spalt 21 strömmar en del av processgasen in och går som en skyddande film längs inloppskonens insida där värmepåfrestningen är störst. Kylnin- gen på konens utsida blir också särskilt effektiv, då processgasens strömningsriktning här omkastas.

Utefter inloppskonen är vidare anordnad filmkylning, varvid ytterligare en skyddsfilm av processgas strömmar in genom ringspal- ter 22 i inloppskonen.

För styrning av aggregatets drift är i brännkammarens utlopp anordnad en temperaturgivare 23, ett termoelement eller liknande, som över en reglerutrustning styr tillförseln av tillsatsbränsle och processgas till brännaren. Även en termisk gränslägesbrytare är inkopplad som en säkerhetsâtgärd för att omedelbart stänga av brän- naren om temperaturen på den utgående gasen går över ett riskabelt värde, t.ex. 850°C, och förhindra olyckor.

Pâ fig. 3 slutligen visas materialtemperaturen vid drift av ett aggregat enligt uppfinningen med tjockolja som tillsatsbränsle.

Temperaturen på den utgående hetluften hålles vid ca 800°C med den beskrivna styrningen.

Vid ett minsta flöde av processgas fås den med T beteck- Qmin nade temperaturkurvan, som når sitt högsta värde på ca 510 vid in- loppskonens slut och sedan faller kontinuerligt mot brännkammarut- loppet.

På samma sätt visar kurvan T flamrörets väggtemperatur Qmax vid maximalt processgasflöde genom aggregatet, och för mellanliggan- de belastningar ligger väggtemperaturen i det streckade områdetJmel- -- 7809131-1 lan de båda kurvorna. Även kurvan för yttermantelns temperatur, TY (approximativt oberoende av Q), är inritad på figuren och ligger ungefär 200° läg- re än flamrörstemperaturen. Temperaturen är avsatt som funktion av avståndet från brännarensmynning och på abskissan är övre delen av H brännkammaren antydd så att temperaturen direkt visas som funktion av mätpunktens läge på aggregatet. Abskissan har markerats på det- ta sätt för att tydligastïmöjligt visa temperaturkurvornas oberoen- de av aggregatets storlek. Temperaturförhållandena är likartade i samtliga tillverkade storlekar, för närvarande tre stycken, DAG 6, DAG 8 och DAG 12. Data för aggregaten anges i nedanstående tabell.

DAG 6 DAG 8 DAG 12 Max. värmebelastning, MW l 3 6 Max. gasflöae, Nm3/h .. sooo 1oooo- zoooo *' Nominell utloppstem- para-hur, OC 800 800 800' Tryckfall vid 30°C ingångs- temp., 800°C utloppstemp. och max. gasflöde, mm Vp l00 100 120 Längd, mm ,, 3650 i 4900 sgoo Diameter, mm 600 800 __l200 Vikt, kg '_ -I 600 ' I 1300 2400 7 Som nämnts tidigare är aggregaten enligt uppfinningen kon- struerade för destruktion av processgaser samt för produktion av hetluft, som är direkt användbar för olika processer, t.ex. tork- ning med höga krav på renhet. Hetluftens renhet vid användning av vårt föreliggande aggregat beror på den beskrivna kombinationen av olika konstruktionsdetaljer på grundval av ett riktigt, termiskt tänkande. Processgasen kan sålunda inte tillföras direkt in i flam- man, då detta visserligen ger en mycket bra blandning men i stäl- let en partiellt ofullständig förbränning med hög sothalt i gaser- na. Med vår styrning av inströmningen får vi däremot mycket snabbt” en homogen blandning med en plan temperaturprofil.

Längderna på de tillverkade aggregaten är valda så att de ger en fullständig förbränning för olika tillsatsbränslen och pro- cessgaser och så att de ger en tillräckligt sotfri och ren rökgas för att den skall kunna användas direkt i olika processer utan att behöva värmeväxlas.

J

Claims (2)

1. 7809131-1 |. í(Patentkrav l. Aggregat för förbränning av icke explosiva process- rëaser innehållande små mängder organiska föreningar samt pro- duktion av hetluft direkt användbar för torkning och uppvärmning i en brännkammare av metall, med en brännare för tillsatsbränsle i sin ena gavel, med aggregatet anpassningsbart för olika slag av tillsatsbränslen: gas, lättolja, tjockolja, k ä n n e t e>c k- n a t av ett flamrör (5) med en inloppskon (ll) för flamman från brännaren (2), en utbytbar yttermantel (6) på avstånd från och koncentrisk med flamröret (5) för ledning av processgasen i mel- lanrummet (7) mellan flamröret och yttermanteln under konvektiv kylning av flamrörsväggen, ett intag för processgasen till nämnda mellanrum (7) vid flamrörets (5) utlopp med en ringkammare (15) för jämn fördelning av processgasen, en andra ringkammare (19) vid flamrörets främre ände för omlänkning av processgasen in i ringkammarens förlängning (l9a) mellan flamrörets främre del och rinloppskonen för kylning av inloppskonens yttersida, en inlopps- spalt (21) för processgas från ringkammaren (19) vid flamrörets främre ände för filmkylning av inloppskonens (ll) insida, ut- loppshàl (10) för processgasen vid inloppskonens bakre ände för inblandning i flamman och förbränning av föroreningarna, samt en temperaturgivare (25) vid flamrörets utlopp för styrning av mängden tillsatsbränsle och processgas till brännaren (2).

2. Aggregat enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av en ringspalt (22) i inloppskonen (ll) för inledning av process- gas från ringkammarens förlängning (l9a) till filmkylning av inloppskonens (ll) främre del. 5. Aggregat enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a t av ledskovlar (20) anordnade vid processgasens omlänkning mellan ringkammaren (19) och dess förlängning (l9a) för att ge processgasen en rotationsrörelse som utjämnar skiktningar.