SE456524B - Sett och anordning for forbrenning a storstyckiga brenslen, varvid brenslebedden utsettes for pulserande forbrenningsluft - Google Patents

Description

25 30 456 524 bränslen, vilket är baserat på den av Reynst angivna principen. Enligt 3: denna patentskrift alstras vibrationerna emellertid inte av brännarflammanf Ljudenergi tillföres förbränningsflamman medelst yttre anordning, exempel- vis en ljudsändare, varvid ljudets frekvens ligger i omrâdet från infrae ljudfrekvenser till ultraljudfrekvenser. Sättet enligt den svenska patent- skriften 770176U-8 har emellertid av allt att döma ännu inte utnyttjats praktiskt i någon betydande utsträckning, vilket kan tyda på att det inte varit möjligt att hittills utveckla sättet för industniell tillämpning.

Liknande sätt är beskrivna i den schweiziska patentskriften 281 373 och den tyska patentskriften H72 812. Enligt den schweiziska patentbeskrivningen på- föres vibrationer på åtminstone en del av förbränningskammaren och de fluida gaserna, och enligt den tyska patentbeskrivningen bringas en dispersion av pulverformigt bränsle och förbränningsluft liksom sekundär förbränningsluft ~ att oscillera.

Det sovjetiska uppfinnarcertifikatet 228 216 (V.S. Severyanin) beskriver en pulserande förbränning i en bädd, varvid det heta gallret i ett Rijkes rör är ersatt med ett skikt av fast bränsle, i vilket fri oscillation upp- står. Den erhållna effekten är emellertid relativt svag, eftersom endast självgenererad oscillation utnyttjas.

US patentskrift 1 173 708 beskriver ett sätt för förbränning av bränsle, där partiklarna i en bränslebädd, lagda på ett galler (rost), agiteras genom pulserande förbränningsluft, tillförd bakifrån genom gallret.

Bränslepartiklarna hålles svävande medelst luften och tillåter sätta sig i tidsintervallen mellan pulseringarna.

Huvudändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett förbränníngssätt, vilket ytterligare förbättrar den gynnsamma inverkan av ljud på förbrän- ning och vilket kan tillämpas industriellt på praktiskt sätt och särskilt utan nödvändigheten av att finfördela det bränsle, som skall förbrännas.

I enlighet med uppfinningens ändamål avser uppfinningen ett sätt för för- bränningen av storstyckiga fasta bränslen, vilket har erhållit kännetecken i patentkravet 1. ' 1 Uppfínningen avser också en apparat för utövning av sättet i enlighet med patentkravet 8. 15 25 456 524 För förklaring av uppfinningen mera i detalj hänvisas till bifogade riíí- ningar, som åskådliggör flera utföranden av uppfinningen, varvid Fig 1 är en sohematisk vertikalsektionsvy av en ässja enligt uppfinningen med kvartsvâgsresonator, Fig 2 är en schematisk vertikalsektionsvy av en brännkammare enligt uppfin- ningen i ett utförande därav, _ Pig 3 är en vy, motsvarande fig 2, av ett andra utförande, Fig U är en vy, motsvarande fig 2, av ett tredje utförande, Fig 5 är en vy, motsvarande fig 2, av ett fjärde utförande, Fig 6 är en vertikalsektionsvy av ett konstruktivt utförande av en bränn- kammare enligt uppfinningen av halvvâgstyp, Fig 7 och 8 är diagram, som visar förhållandena i brännkammaren enligt fig 6, Fig 9 är en schematisk vertikalsektionsvy av en brännkammare enligt upp- finningen med trekvartsvâgsresonator, och Fig 10 är en vertikalprojektionsvy av ett konstruktivt utförande av en brännkammare enligt de i fig 9 visade principerna.

I fig 1 visas ett utförande av ässjan, där en rörresonator 25. sluten i en ände och öppen i den andra och vars längd är en fjärdedel av våglängden hos det alstrade ljudet, tillsammans med en matarenhet 26, som här benäm- nes exigator för denna beskrivnings ändamål, bildar en lågfrekvensljud- generator, varvid exigatornär förbunden med en tillförselledning 27 för drivgas. Generatorn kan vara av den typ som har positiv återkoppling och som beskrives i amerikanska patentskriften H 359 962 av 1982-11-23. Vilken annan infraljudgenerator som helst kan emellertid användas för uppfin- ningens ändamål.

Max. frekvensen för ljudet skall vara 60 Hz. Företrädesvis skall maximi- frekvensen vara 30 Hz eller mindre. Bnellertid kan den optimala frekvensen vara 20 Hz eller mindre. 10 15 20 25 30 35 '45e 524 Resonatorn har ett-krökt, öppet ändparti 28, uppbärande ett galler, möåterat, i öppningen eller strax ovanför. Gallret uppbär en bränslebädd 13 med stora, fasta partiklar, bestående av kol, torv, trä, chips, avhuggna kvistar etc.

Ett rör 29, som är förbundet med en kompressor eller blåsmaskin, mynnar i det krökta partiet nedanför rosten för tillförsel av förbränningsluft.

När generatorn arbetar erhålles hög hastighet för den fram- och återgående luften, kallad partikelhastígheten, vid resonatorns öppning där gallret är placerat. Resonatorröret kan utvidgas mot öppningen av denna för att forma en diffusor, men dimensionerna för gallerytan, som är vänd mot det inre av resonatorröret i ett plan tvärsemot röraxeln vid dess öppning, skall vara mindre än halva ljudvâglängden, som genereras av ljudgeneratorn. Det er- hålles således en hög hastighet för den fram- och âtergående rörelsen för förbrânningsluften och förbränningsgasen genom bränslebädden och gallret under inflytande av det lågfrekventa ljudet.

Under inflytande av den höga hastigheten för den fram- och återgâende luf- ten blir förbränningen mer intensiv, så att innehållet oförbrända gaser och fasta partiklar i röken kommer att reduceras och förbränningshastig- heten ökas.

Uppfinningen kan också tillämpas på förbränningskamrar för förbränning av fasta bränslen. Då sådant bränsle förbrännes måste bränslet uppehålla sig i förbrännníngskammaren under tillräckligt lång tid för slutförbränning av bränslestyckena. En kammare för detta ändamål är schematiskt visad i fig 2, där förbränningskammaren 30 är ansluten till en lågfrekvensljudgenerator 31 vid mynningen av generatorns resonansrör. Ljudgeneratorn kan också i detta fall vara av den typ, vilken är beskriven i det ovan angivna patentet. I förbränningskammaren 30 är en rost 12 anordnad nära resonansrörets mynning, och förbränningskammaren 30 har ett schakt 32 med en sluss, icke visad, för tillförsel av bränsle upptill i förbränningskammaren. Även ett inlopp 33 är anordnat upptill i förbränningskammaren för tillförsel av förbränninge- luft, medan ett utlopp 35 för rökgaser är anordnat nedtill i förbränninge- kammaren under rosten 12. Lâgfrekvensljudgeneratorn kan vara ansluten upp- till i förbränningskammaren, såsom visas i fig 3. I utförandet enligt fig 3 måste rosten 12 emellertid vara placerad i den översta delen av förbrännings- kammaren 30 för att vara nära lågfrekvensljudgeperatorns 31 mynning. ?roblem kan uppstå till följd av att utrymmet för det bränsle, som tillföres rosten, blir begränsat, då rosten är anordnad på detta sätt. Detta problem kan man 10 15 20 25 30 komma ifrån genom att anordna förbränningskammaren 30 med en passiv reso- nator nedanför rosten 12, såsom visas i fig H.

I fig U är ett "passivt" resonansrör 35 med en längd, som är lika med en fjärdedels våglängd, anslutet till förbränningskammaren 30 nedanför rosten 12 vid förbränningskammarens ena sida, varvid ljudgeneratorn är ansluten till förbränningskammaren vid samma sida av denna men ovanför rosten 12: Också i detta fall finns ett schakt 32 för tillförsel av bränsle, en led- ning 33 för tillförsel av hjälpluft som supplement till den som ursprung- ligen använts för drift av ljudgeneratorn 31 och sedan användes som fönbrän- ningsluft, samt ett rökgasutlopp SU. Den passiva resonatorn 35 består av ett resonansrör, som är slutet 1 sin yttre ände, och till följd av anordningen av denna resonator kommer partikelhastigheten att bli huvudsakligen lika i alla delar av förbränningskammaren. Även ljudtrycket kommer att vara huvud- sakligen lika i hela förbränningskammaren men lägre än i fråga om det fall, då någon passiv resonator inte är anordnad.

En luftvolym kommer att röra sig fram och tillbaka inte endast i mynningen av lågfrekvensljudgeneratorn utan även i mynningen av den passiva genera- torn, och stora luft- och förbränningsgasrörelser genom rosten kommer att upp-- träda som följd härav, varvid förbränningen intensífieras genom sådan rörelse på det sätt som tidigare beskrivits.

Förbränningskammaren kan vara anordnad med värmeabsorberande väggar.

Exempelvis kan förbränningskammarens väggar vara anordnade för cirkulation av vatten däri, och vattenrör i något tidigare känt arrangemang kan vara anordnade inuti förbränningskammaren genom tillämpning av känd teknik.

Det kan emellertid vara nödvändigt att ytterligare kyla ned rökgasen. Om rökgasen avges från förbränningskammaren genom mynningen av den passiva resonatorn, såsom visas i fig 5, där rökgasutloppet BH är anordnat i den passiva resonatorns 35 vägg, kommer denna resonators funktion inte att störas.

Eftersom gastemperaturen i lågfrekvensljudgeneratorns resonator inte är de s s _ t r tu en 1 de ssiva re on to n * d bada eso n amma om gas em e a r ' .n a ' s a. r , måste e ' r - natorerna vara dimensionerade med avseende på olika temperaturer. Under drift kan emellertid temperaturen variera, och för avstämning av den ena 10 ,f5 20 25 30 35 456 524 resonatorn till deg andra vid varje tidpunkt skulle den ena resonatoähs _ exempelvis ljudgeneratorns resonator, kunna vara försedd med ett bälgsystem 36, så att dess längd kan justeras, såsom visas i fig S. Bälgsystemet i detta arrangemang skall vara försett med en inställningsmekanism, som är operativt förbunden med en tryckkännare 37 i den slutna änden av den pas- siva generatorn för inställning av bälgsystemets längd och därmed längden hos ljudgeneratorns 31 resonator i beroende av ljudtrycket i den slutna änden av den passiva resonatorn 35, så att ljudgeneratqrns resonator vid varje tidpunkt kommer att ha optimal längd för maximal effekt. v ' I Om dimensionerna hos förbränningskammaren är små i jämförelse med våglängden så att de är mindre än halva våglängden, kan resonatorrören tillsammans med förbränningskammaren bilda en enda resonator. I fig 6 är resonatorn 31 av halvvågstypen, varvid den är sluten i båda ändar. Hosten 12 är belägen i resonatorns längdmitt, där partikelhastigheten har en buk. I den del av resonatorn, där rösten är placerad, är resonatorn vidgad för anpassning till lämplig form på en förbränningskammare. Förbränningsluften kan tillföras förbränningsprocessen genom en exigator med positiv återkoppling av den typ som är beskriven i amerikanska patentskriften H 359 962, varigenom den sam- tidigt tjänar som drivgas för exigatorn. Evakueringen av rökgaserna kan åstadkommas på analogt sätt genom en exigator av samma typ men i detta fall arbetande med negativ återkoppling.

Kurvorna i fig 7 visar amplituderna för ljudtrycket resp partikelhastigheten i kallt tillstånd. Ljudtryckets p nod och partikelhastighetens u buk är be- lägna i resonatorns längdmitt.

De i fig 8 återgivna kurvorna visar amplituderna under drift, dvs i varmt tillstånd, då temperaturen på rökgaserna bringar noden resp buken att röra sig bort från resonatorns längdmitt. För uppnående av att rosten är belägen 1 partikelhastighetens buk, är därför den kallare delen av resonatorn (där förbränningsluft införes) gjord kortare än den varmare delen av resonatorn (där rökgaserna evakueras).

Ett praktiskt problem är att driva en exigator med rökgaser, i det att gasen är varm och eventuellt förorenad med stof . För att lösa detta är resonatorn förlängd för att bilda en trekvartsvågsresonator, vilken är sluten i ena änden och öppen i den andra. Från den öppna änden kan rökgaserna evakueras på konventionellt sätt utan användning av någon exigator. Detta arrangemang _\_ 10 15 20 25 30 456,s24 är visat i fig 9,.där den kallare delen av resonatorn är kortare än hålva_ längden hos den varmare delen och är justerbar till sin längd för under- lättande av att buken placeras på rätt sätt.

Trekvartsvâgsresonatorn kommer inte att arbeta vid sin första överton med mindre att den är ansluten till en kompensationskavitet, vilken efterliknar en approximativt fri ljudvâgsutbredning.

. Den stående vågen i trekvartsvâgsresonatorn upprätthålles medelst pulser av tryckgas, som matas in i den slutna, 1 detta fall kallare, änden av' resonatorn. Det är därvid en nödvändighet, att dessa gaspulser har frek- vensen för den första övertonen hos resonatorn. Ett sätt att säkerställa detta är att använda en tidigare nämnd exigator med positiv återkoppling.

I längdmitten hos den varmare delen av resonatorn befinner sig partikel- hastigheten vid minimum och kommer som följd därav stoft och andra fasta partiklar, som medföljer rökgaserna, vilka passerar genom resonatorn, att falla ut. Därför är resonatorn på detta ställe vidgad för att binda en av- skiljare 39, från vilken stoft och andra fasta partiklar uppsamlas i en be- hållare NO.

Pig 10 visar ett praktiskt konstruktivt utförande av det system, som dis- kuterades i princip ovan med hänvisning till fig 9. I detta utförande an- vändes en exigator 50 av den typ, som är beskriven i amerikanska patentet U 359 962. Tryckluften tillföres medelst en blåsmaskin 51, vilken medelst en ledning 52 är ansluten till exigatorn 50. En rörsektion 53, i vars ena ände exigatorn är belägen, är i sin andra ände ansluten till en cylindrisk vertikal förbränningskammare SH upptill i denna. Nedtill är förbrännings- kammaren ansluten till en annan rörsektion 55. I den cylindriska förbrän- ningskammaren SU är två roster 56 och 57 anordnade huvudsakligen i kammarens längdmitt, den ena ovanför den andra. Dessa roster är här visade som kon- ventionella planroster, men de kan också vara av andra typer. Exempelvis kan de vara av den pyramidiska typen eller också kan de ersättas med en enda rost,.vilken sträcker sig skruvformigt från en övre nivå till en nedre nivå.

En matare 58 är ansluten till förbränningskammaren upptill för tillförsel- av storstyckigt bränsle. varvid mataren har en sluss 59 för matning av - a 456 524 10 15 20 25 30 bräns1eportioner_intermittent in i förbränningskammaren. Förbränninšsluft tillföres medelst blåsmaskinen 51 genom exigatorn 50, och hjälpförbrännings- luft suges in i förbränningskammaren SH genom ett strypt inlopp 60 genom undertrycket inuti kammaren.

Nedtill i förbränningskammaren är anordnad en askbehållare 61 för uppsam- ling av aska, varvid denna behållare är avskild medelst en skjutlucka 62.

Rörsektionerna 53 och 55 bildar tillsammans med förbränningskammaren SU en trekvartsvågsresonator, vars öppna ände är ansluten till en kompensations- hålighet 63. Denna hålighet kan vara försedd med anordning för avskiljning av stoft och andra fasta partiklar, som faller ut i densamma, även om sådan anordning inte visas här. Nära kompensationshålighetens 63 botten är en rökgaskanal 64 ansluten till en evakueringsfläkt 65 för avgivning av rök- gaserna till atmosfären_genom en skorsten 66.

Förbränningskammaren SÅ är anordnad med en vattenmantel för cirkulering av vatten, som tar upp värme, vilket alstras i förbränningskammaren, och även resonatorrörsektionen 55 är anordnad med vattenmantlar 67 och 68 för kyl- ning av rökgaserna, då de passerar genom resonatorn, i och för återvinning av däri innehållet värme.

I den i fig~10 visade anläggningen förbrändes toïalt 300 kg stenkol under 6 timmar. Den erhållna genomsnittseffekten var 3H9 kw. Rökgaserna i skorste- nen hade mycket läg halt av stoft och andra fasta partiklar. Detta är en anmärkningsvärd iakttagelse, ty då stenkol förbrännes i ugnar och pannor av konventionell konstruktion, är halten av stoft och andra fasta partik- lar i rökgaserna, innan gasen ledes genom en stoftavskiljare, av storleks- ordningen 1 g per normalkubikmeter gas, medan i systemet enligt uppfin- ningen den motsvarande siffran var blott 50 mg. Någon rök kunde inte iakt- tagas från skorstenen. Den låga halten av stoft och andra fasta partiklar beror på att den höga partikelhastigheten över bränslebädden åvägabringar huvudsakligen fullständig förbränning av stenkolet, så att rökgaserna inte innehåller några oförbrända kolpartiklar.

:Normalt föreligger en relation mellan halten stoft och andra fasta partik- lar och koncentrationen kolmonoxid i rökgaserna. Detta beror på att stoft och andra fasta partiklar samt kolmonoxid alstras, då förbränningen är

Claims (13)

ofullständig. Man har vid det ovan beskrivna provet funnit, att koneentra- tionen kolmonoxid var mycket låg, vilket ytterligare bekräftar den väl- görande inverkan av behandling medelst ljud. PATENTKRAV

1. Sätt för förbränning av storstyckiga bränslen, varvid en bränslebädd, placerad på en rost, utsättes för pulserande förbränningsluft, k ä n n e - t e c k n a t därav, att en fram- och återgående rörelse för förbränninge- luften och förbränningsgasen genom bränslebädden åstadkommes genom att bädden utsättes för hög partikelhastighet, tvångsmässigt alstrad av en yttre lågfrekvent ljudgenerator, vars max. frekvens är högst 60 Hz, och att dimensionerna för rosten i ett plan, vinkelrätt motden fram- och åter- gående rörelsen för förbränningsluften och förbränningsgasen är mindre än en halv våglängd för ljudet, som alstras av lågfrekvens-ljudgeneratorn.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att lågfrekvensljudgeneratorns frekvens bestämmes av dimensionerna på en resonator, som utgör del av ljudgeneratorn.

3. Sätt patent patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att ljud- generatorn är av den typ, som arbetar med positiv återkoppling (feedback).

4. U. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k'n a t därav, att bäd- den utsättes för den nämnda höga partikelhastigheten hos ljudet i en för- bränningskammare, som bildar del av resonatorn, varvid rosten är placerad i förbränningskammaren.

5. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att låg- frekvensljudgeneratorn drives vid frekvensen för den första övertonen hos resonatorn, varvid rosten är placerad i resonatorn huvudsakligen där partikelhastigheten är störst i densamma.

6. Sätt enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att rök? gaser avledes genom den varmare delen av resonatorn. se s "°

7. Sätt enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, atš:röK~ gaserna avledes från den varmare delen av resonatorn genom en kompensa- tionshålignet.

8. Apparat för utövande av sättet enligt patentkrav 1, innefattande en rost för uppbärande av en bädd av storstyckigt fast bränsle, k ä n n e - t e c k n a d av en lågfrekvens-ljudgenerator, vars maximifrekvens är högst 60 Hz, varvid rosten är placerad så att bränslebädden utsättes för hög partikelhastighet av det ljud, som tvångsmässigt alstras i ljudgene- ratorn, och att dimensionerna för rosten i ett plan, vinkelrätt mot den fram- och âtergående rörelsen för förbränningsluften eller förbrännings- gasen âr mindre än en halv våglängd för ljudet, alstrat av ljudgeneratorn i och för åstadkommande av en fram- och âtergående rörelse för förbränn- ingsgasen genom bränslebädden.

9. Apparat enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att låg- frekvensljudgeneratorn innefattar en resonator, vars dimensioner bestämmer ljudgeneratorns frekvens.

10. Apparat enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att låg-' frekvensljudgeneratorns resonator är ansluten till en förbränningskammare. 9

11. Apparat enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att resonatorn är vidgad på det nämnda stället för att bilda förbränningskam- maren.

12. Apparat enligt patentkrav 10 eller 11, k ä n n e t e c k n a d därav, att förbränningskammarens dimensioner är mindre än halva våglängden hos det av lågfrekvens-ljudgeneratorn alstrade ljudet.

13. Apparat enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att förbränningskammaren bildar en del av resonatorn mellan dess ändar, pla- cerad i ett läge där partikelhastígheten är maximal.