SE464542B - Saett och anordning foer foerbraenning av foeretraedesvis flytande eller gasformigt fossilt braensle - Google Patents

Description

464 542 10 15 20 25 30 35 2 bränslet tillföres en förbränningszon från ett centralt utträdesmunstycke, oxygen med låg hastighet tillföres som minst en första stråle på ett första radiellt avstånd från den centrala bränslestrålen och vid vilket oxygen med hög hastighet tillföres som minst en andra stråle på ett andra radiellt avstånd från den centrala bränslestrålen, varvid det andra avståndet är större än det första avståndet, för als- tring av ofullständig förbränning av bränslet med oxygenet med låg hastighet i ett första område och fullständig för- bränning med oxygenet med hög hastighet i ett andra område nedströms den första området, vilka områden tillsammans bildar förbränningszonen. Den för sättets genomförande använ- da brännaren innefattar ett centralt utträdesmunstycke för tillförsel av bränsle till en förbränningszon och utmärkes av minst ett, på ett första radiellt avstånd från det centrala utträdesmunstycket anordnat, första oxygenmunstycke för oxygen med låg hastighet och minst ett, på ett andra radiellt avstånd från det centrala utträdesmunstycket anordnat, andra oxygenmunstycke för oxygen med hög hastighet, varvid det andra avståndet är större än det första avståndet, för als- tring av ofullständig förbränning av bränslet med oxygenet med låg hastighet i ett första område och fullständig för- bränning med oxygenet med hög hastighet i ett andra område nedströms den första området, vilka områden tillsammans bildar förbränningszonen.

För användning av flytande bränsle, t ex eldningsolja, bringar man bränslet att lämna det centrala munstycket som en konisk mantel, varvid bränslet finfördelas, och begränsar man den koniska bränslestrålens radiella utbredning med en ring- formig tredje oxygenstråle, på kortare radiellt avstånd från det centrala utträdesmunstycket än den första oxygenstrålen.

Brännaren för användning av flytande bränsle innefattar ett centralt munstycke, som avger bränslet i form av en konisk mantel, varvid bränslet finfördelas, och utmärkes av minst ett tredje oxygenmunstycke, som är anordnat radiellt mellan det centrala utträdesmunstycket och det första oxygenmun- stycket och som begränsar den koniska bränslestrålens radiel- la utbredning. 10 15 20 25 30 35 464 542 3 Fördelaktiga utföringsformer av föreliggande sätt och brännare framgår av de beroende kraven.

I det följande beskrivs föreliggande förfarande och anordning ytterligare med hjälp av ritningen, på vilken fig 1 visar schematiskt ett snitt utmed längdaxeln genom föreliggande brännare; fig 2 visar schematiskt, i snitt och i större skala, den främre delen av brännaren i fig 1; och fig 3 visar schematiskt en vy framifrån av föreliggande brännare.

Brännaren 1 i fig 1-3 uppvisar ett hölje 12, som avgrän- sar en cylindrisk oxygenkammare 16 och som i åtminstone sin främre del är omgiven av en cylindrisk kylmantel 13 med ett inlopp 14 och ett utlopp 15 för kylmedel, vanligen vatten.

Höljets 12 bakre del är försedd med en fläns 17, i vilken en oxygenkammaren 16 avgränsande vägg 18 är tätande fastsatt med exempelvis ett antal ej visade bultar. Till oxygenkammaren 16 är ett inlopp 19 för oxygenhaltig gas, företrädesvis rent oxygen, anslutet. I brännarens 1 främre ände tjänstgör höljet 12 som den inre väggen av den brännaren omgivande kylmanteln 13.

Brännaren 1 innefattar vidare en centrumkropp 9 anordnad i brännarens främre del. Denna bildar den främre begräns- ningen för oxygenkammaren 16. Centrumkroppen 9 har en främre del 8 med en sådan diameter, att den anligger tätande mot höljets 12 insida. Eventuellt kan den främre delens 8 cy- lindriska mantelyta vara försedd med en skära för en O-ring 20. Centrumkroppen 9 har vidare en bakre del 7, som har större axíell längd men mindre radie än den främre delen 8.

Mellan centrumkroppens 9 bakre del 8 och höljet 12 bildas en ringformig spalt fram till den främre delen 8, som bildar en ringformig ändvägg 9 och således en främre begränsningsvägg 8 av oxygenkammaren 16. Denna ringformig ändvägg 8 är försedd med ett antal öppningar 6, som vidgar sig koniskt i brän- narens riktning och är företrädesvis laval-dysor. öppningar 6 är anordnade koncentriskt i en ring och på regel- bundet avstånd från varandra.

Genom ändväggens 18 centrum är en ledning 21 för bränsle Dessa 46-4 542 10 15 20 25 30 35 4 förd. Ledningen 21 sträcker sig genom hela oxygenkammaren 16 och mynnar i centrumkroppen 9, där den i dess främre ände övergår i ett munstycke 5 för bränsle. Bränslemunstycket 5 är brännarens 1 centrala munstycke.

Centrumkroppen 9 är även försedd med ett antal kanaler, som sträcker sig genom hela kroppen i axiell riktning. Dessa kanaler är cirkulära i tvärsnitt och består av en första bakre del 4 och den andra främre del 3, vilken senare del har större diameter än den bakre delen 4. Den bakre delen 4 av kanalen fungerar som en strypning för kanalens främre del 3, som bildar ett oxygenmunstycke.

Den främre cirkulära arean av centrumkroppen 9 befinner sig på avstånd från höljets 12 främre ände. Anståndet från höljets 12 eller kylmantelns 13 främre ände till centrum- kroppens 9 framsida är vanligen 0,5 - 1,5 gånger höljets inre diameter.

Vid användning av brännare 1 tíllföres kylvatten genom inloppet 14, vilket vatten strömmar genom manteln 13 och uttages genonl utloppet 15. Ett. gasformigt bränsle, t ex naturgas, ledes genom ledningen 21 till munstycket 5, vari- från det sprids framför centrumkroppen 9. Oxygen tíllföres genom inloppet 19 till oxygenkammaren 16, där ett tryck upp till 5 bar byggs upp. Oxygen kommer att lämna denna kammare 16 dels genom öppningarna 6 i den främre, väggformiga delen 8 av centrumkroppen 9 och dels genom kanalerna 4 och därefter genom kanalerna 3, som bildar oxygenmunstycken 3. Diametrarna av kanalen 4 respektive 3 är så valda, att oxygenet lämnar oxygenmunstycket 3 med en hastighet av 50-150 meter per sekund, företrädesvis ca 100 meter per sekund eller lägre.

De periferiska oxygenmunstyckena 6 är så utformade, att oxygen lämnar dessa med överljudshastighet, dvs med en has- tighet av 350 - 500 meter per sekund. Den lämpligaste utform- ningen av dessa är, att de bildar laval-dysor.

Storleken av kanalerna 4 och de periferiska oxygenmun- styckena liksom deras antal är så valda, att ca 25-75 procent av oxygenet lämnar oxygenkammaren 16 genom öppningarna 3. Den återstående delen lämnar oxygenkammaren genom de periferiska munstyckena 6. 10 15 20 25 30 35 464 542' 5 På grund av den låga hastighet, med vilken oxygen lämnar brännaren genom öppningarna 3, och dessa öppningarnas placer- ing mellan bränslemunstycket och de periferiska oxygenmun- styckena 6, kommer bränslet först i kontakt med oxygen från dessa låghastighetsmunstycken 3. Den därvid åstadkomna reak- tionen, förbränningen, är substökiometrisk och sker Li en första förbränningszon närmast brännaren.

Det genom laval-dysorna 6 strömmande oxygenet har stor hastighet och befinner sig radiellt längre bort från bränslet än oxygenet från öppningarna 3. Därför kommer detta perifer- iska i kontakt med kvarvarande bränsle, liksom reaktionspro- dukterna, i axiell riktning längre bort från brännaren än den första förbränningszonen och bildar en andra förbränningszon.

Dessa förbränningszoner överlappar vanligen varandra, dvs de går i varandra och en total förbränningszon. På grund av det periferiska oxygenets höga hastighet kommer utanförliggande atmosfär att sugas in i oxygenet, som blir utspätt och däri- genom sänkes flam- eller reaktionstemperaturen. Detta medför, att reaktionshastigheten för bildning av nitrösa gaser, NOx, blir lägre. Kvävet, som åtgår för bildning av dessa nitrösa gaser kan komma från den omgivande atmosfären eller från bränslet. Den till brännaren tillförda oxygenmängden mot- svarar i huvudsak stökiometrisk förbränning, företrädesvis med ett litet oxygenöverskott av högst 5-10 procent.

Enligt en fördragen utföringsform är föreliggande brännare avsedd för förbränning av eldningsolja eller annat flytande bränsle.

För detta ändamål är det speciellt fördelaktigt, att brännaren 1 är försedd med ett tredje munstycke 24. Detta tredje munstycke 24 är utformat som en ringformig kanal i centrumkroppen 9, vilken kanal koncentriskt omger bränslemun- stycket 5 och är anordnad på kortare avstånd från brännarens 1 centrumaxel än oxygenmunstycket 3. Detta tredje oxygenmun- styckets bakre del, som står i förbindelse med oxygenkammaren 16, utgöres av en ringformig kanal 25 och har relativt stor bredd. Denna kanal 25 övergår i centrumkroppen 9 i en kanal 26 med mindre bredd. Kanalens 25 bredd och diameter är så avpassade, att 5-10 procent av till oxygenkammaren 16 till- 464 542 10 15 20 25 30 35 6 fört oxygen lämnar denna genom munstycket 24. Bränslemun- stycket enligt denna föredragna utföringsform avger det flytande bränslet i form av en konisk mantel.

Vid föreliggande föredragna sätt med användning av fly- tande bränsle tillföres detta ledningen 19 med ett tryck av 20-30 bar. Bränslet lämnar munstycket 5 som konisk mantel, varvid. konvinkeln är beroende av' munstyckets utformning.

Därvid sönderdelas bränslet till små vätskedroppar eller förstoftas. Det är speciellt föredraget, att munstycket 5 ger bränslet en vridande rörelse (swirl) vid dess utträde. Oxygen från det tredje, ringformiga munstycket 24 strömmar företrä- desvis som en cylindrisk mantel utanför den divergerande bränslestrâlen och träffar denna på avstånd från centrumkrop- pens 9 framsida 8. Den från munstycket 24 utgående oxygen- strålen kan även vara svagt divergerande. Ändamålet med denna i tvärsnitt ringformiga oxygenstråle från det tredje munstyc- ket 24 är att begränsa bränslets radiella utbredning.

Vid användning av brännaren med det tredje oxygenmun- stycket bringas 5-10 volymprocent av det till brännaren förda oxygenet att strömma genom detta tredje munstycke 24, 70-20 procent genom det periferiska munstycket 6 och 20-70 procent genom munstycket 3. Oxygentrycket i kammaren 16 är 4-5 bar.

Den till brännaren tillförda mängden flytande bränsle är 50-1000 liter per timme. Förbränning med flytande bränsle sker på liknande sätt i två zoner, varvid för bränningen i den första zonen förbrukas oxygen från det tredje munstycket 24 och oxygenmunstycket 3. Även i denna utföringsform sker förbränning med ett oxygenöverskott av högst 5-10 procent.

Denna utföringsform med det tredje munstycket kan även användas för gasformigt bränsle.

Det periferiska oxygenmunstycket 6 kan vara ersatt av ett ringformigt oxygenmunstycke :med i framriktningen sig vidgande bredd. Detta ringformiga.munstycke bör vara utformat på sådant sätt att man åtminstone i huvudsak erhåller samma strömningsprofil som genom en laval-dysa. Även munstyckena 3 för oxygen med låg utströmningshastighet kan vara ersatta med ett ringformigt munstycke. Dessa munstycken åstadkommer att oxygen lämnar brännaren som åtminstone i huvudsak parallella :w 464 542 7 strålar parallellt med brännarens centrumlinje. i Med föreliggande brännare kan flytande bränsle användas utan användning av exempelvis luft för förstoftning av bräns- let. Genom att man enligt föreliggande uppfinning erhåller lägre flamtemperatur undertrycks bildning av nitrösa gaser på grund av närvaron av kväve i bränslet och tillförsel av luft.

Claims (12)

464 10 15 20 25 30 35 542 8 PATENTKRÅV

1. I Sätt att förbränna fossilt, företrädesvis gas- eller vätskeformigt bränsle med oxygen, varvid bränslet tillföres en förbränningszon från ett centralt utträdesmunstycke, varvid oxygen med låg hastighet tillföres som minst en första stråle på ett första radiellt avstånd från den centrala bränslestrålen och att oxygen med hög hastighet tillföres som minst en andra stråle på ett andra radiellt avstånd från den centrala bränslestrålen, varvid det andra avståndet är större än det första avståndet, för alstring av ofullständig för- bränning av bränslet med oxygenet med låg hastighet i ett första område och fullständig förbränning med oxygenet med hög hastighet i ett andra område nedströms den första om- rådet, vilka områden tillsammans bildar förbränningszonen, kännetecknat därav, att 20-70 procent av tillfört oxygen tillföres med låg hastighet, att 70-20 procent av tillfört oxygen tillföres med hög hastighet och att oxygenet med hög hastighet har en hastighet överstigande ljudets hastighet.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat därav, att den första oxygenstrålen utgöres av ett flertal oxygenstrålar, som är anordnade i. en, med det centrala utträdesmunstycket, kon- centrisk ring.

3. Sätt enligt krav 1, kännetecknat därav, att den första oxygenstrålen utgöres av en i tvärsnitt ringformig stråle, som koncentriskt omger det centrala utträdesmunstycket.

4. Sätt enligt krav 1, 2 eller 3, kännetecknat därav, att den andra oxygenstrålen utgöres av ett flertal oxygenstrålar, som är anordnade i en, med det centrala utträdesmunstycket, koncentrisk ring.

5. Sätt enligt ett eller flera av kraven 1-4, varvid bränslet är ett flytande bränsle, kännetecknat därav, att man bringar bränslet att lämna det centrala munstycket som en konisk mantel, varvid bränslet finfördelas, och att man med en ringformig tredje oxygenstråle, på kortare radiellt av- stånd från det centrala utträdesmunstycket än den första oxygenstrålen, begränsar den koniska bränslestrålens radiella utbredning.

6. Sätt enligt krav 5, kännetecknat därav, att den tredje 10 15 20 25 30 35 464 542 9 oxygenstrålen innehåller 4-10 volymprocent av totalt tillförd oxygenmängd.

7. Brännare för att förbränna fossilt, företrädesvis gas- eller vätskeformigt bränsle med oxygen, vilken brännare (1) innefattar ett centralt utträdesmunstycke (5) för tillförsel av bränslet till en förbränningszon, minst ett, på ett första radiellt avstånd från det centrala utträdesmunstycket ( 5) anordnat, första oxygenmunstycke (3) för oxygen med låg hastighet och minst ett, på ett andra radiellt avstånd från det centrala utträdesmunstycket (5) anordnat, andra oxygen- munstycke (6) för oxygen med hög hastighet, varvid det andra avståndet är större än det första avståndet, för alstring av ofullständig förbränning av bränslet med oxygenet med låg hastighet i ett första område och fullständig förbränning med oxygenet med hög hastighet i ett andra område nedströms den första området, vilka områden tillsammans bildar förbrän- ningszonen, kännetecknad därav, att det andra oxygenmunstyck- et (6) är utformat som ett laval-munstycke.

8. Brännare enligt krav 7, kännetecknad därav, att det första oxygenmunstycket (3) utgöres av ett flertal oxygen- munstycken, som är anordnade i en med det centrala utträdes- munstycket (5) koncentrisk ring.

9. Brännare enligt krav 7, kännetecknad därav, att det första oxygenmunstycket (3) utgöres av ett ringformig mun- stycke, som koncentriskt omger det centrala utträdesmunstyck- et.

10. Brännare enligt krav 7, 8 eller 9, kännetecknad därav, att det andra oxygenmunstycket (6) utgöres av ett flertal oxygenmunstycken, som är anordnade i en med det centrala utträdesmunstycket (5) koncentrisk ring.

11. Brännare enligt krav 7, varvid bränslet är ett flytande bränsle, som lämnar det centrala munstycket (5) i form av en konisk. mantel,företrädesvis med vridningsrörelse (swirl), varvid bränslet finfördelas, kännetecknad av minst ett tredje oxygenmunstycke (24), som är anordnat radiellt mellan det centrala utträdesmunstycket (5) och det första oxygenmunstyc- ket (3) och som begränsar den koniska bränslestrålens radiel- la utbredning. 542

12. tredje oxygenmunstycket (24) ringformigt munstycke. 10 Brännare enligt krav 11, kännetecknad därav, att det utgöres av ett i tvärsnitt rz 'A