SE514594C2 - Anordning och förfarande för förbränning med en i brännkammaren anordnad gaspermeabel bränslebehållare - Google Patents

Description

25 30 35 514 594 att allt syre åtgår i oxidationsprocessen, vilket i praktiken svårli- gen låter sig genomföras.

Förutom att en ofullständig förbränningsprocess leder till att bränslets energiinnehåll utnyttjas dåligt, d vs att en låg verk- ningsgrad erhålles, medför den också en rad andra olägenheter såsom tex utsläpp av oönskade kemiska föreningar som kan vara skadliga föromgivningen. Exempelvis kan-nämnas att vid förbränning med luftunderskott (understökiometrisk förbränning) kan koloxid (CO) bildas, medan vid luftöverskott (överstökio- metrisk förbränning) tenderar kväveoxider (NOX) att bildas.

En metod som används vid förbränning är att införa den tillförda syrehaltiga gasen, vanligtvis luft, så att en virvelrörelse uppstår i en brännkammare. Principen vid bildandet av virvelrörelsen är att då en gas förs in väsentligen tangentiellt i ett kärl uppstår en ro- tationsrörelse. Om kärlet ifråga saknar tillslutning i sin övre ände kommer virvelrörelsen att avta snabbt, vilket sker oberoende av var den tangentiella inströmningen av gas sker. Om emellertid kärlet tillslutes med ett lock inkluderande en begränsad central öppning, kommer en kraftig och bestående virvelrörelse att åstadkommas i kärlet. Om gasen leds in i kärlets övre ände, där locket är placerat, uppstår en virvelrörelse kring kärlets periferi och en strömning nedåt längs periferin på kärlet och då gasen träffar botten på kärlet byter gasen strömningsriktning under bi- behållande av virvelrörelsen, så att gasen rör sig virvlande uppåt i en central del av kärlet och sedan ut ur hålet i locket.

Det svenska patentet 109 608 visar en förbränningsanordning avsedd för fasta bränslen där en virvelrörelse hos den tillförda luften utnyttjas för förbränningen. Anordningen enligt det svenska patentet 109 608 uppvisar en vertikal reaktionskammare med ett uppâtriktat utlopp och ett tangentiellt inlopp för tillförsel av luft.

Bränslet förs in i kammarens nedre del medelst en skruvanordning så att hela kammarens botten är täckt av bränslet. Anordningen är ämnad att fungera så att när luft införs tangentiellt uppstår en virvel i kammaren vilken skall förmå att »10 15 20 25 30 35 514 594 lyfta bränslet, sönderdela bränslet och upprätthålla förbränningen samt föra förbränningsgaserna uppåt mot det centrala utloppet hos kammaren. Denna anordning har en rad nackdelar och icke önskvärda effekter, bla krävs en mycket kraftig tillförsel av förbränningsluft in i kammaren för att bibehålla rotationen. Detta beror på att den tillförda luften till stor del utnyttjas för att lyfta och sönderdela bränslet, Vidare kommer från bränslet uppåtsti- gande förbränningfšgaser att motverka virvelbildningen i kamma- ren. Detta föranleder att anordningen måste tillföras en för för- bränning av bränslet onödigt stor luftmängd och att det måste råda övertryck i kammaren, vilket i sin tur kräver speciella arran- gemang avseende bränslepåfyllningen för att undvika icke öns- kad gasutströmning. Lösningar där man introducerar stora mäng- der luft hindrar en optimal förbränning och, som redogjorts för ovan, kan därigenom oönskade förbränningsprodukter bildas.

Därtill kommer att anordningen, vid förbränning av fasta bräns- len, kräver att bränslet är mycket finfördelat redan vid införseln i kammaren, d v s det krävs sannolikt att bränslet är i pulverform och att detsamma har en mycket låg fuktighetshalt. Även om bränslet är väl finfördelat så kommer anordningens arbetssätt att leda till att mindre eller större mängder av ofullständigt förbrända partiklar fastnar på kammarens periferiyta och/eller följer med ut ur kammaren. En ytterligare nackdel med anordningen är att även i händelse av att bränslet förbrännes väsentligen fullständigt finns ingen lösning anvisad för att ta hand om uppkomna askpartiklar utan istället säges det att dessa ska kastas ut igenom utloppet tillsammans med gaserna.

Eftersom de grundläggande problemen med dagens förbrän- ningsanordningar, inbegripande de som arbetar med virvelbild- ning, är svårigheterna att dels väl blanda det i luften innehållna syret med det brännbara ämnet och dels att tillföra optimal syre- mängd, så fungerar dessa anordningar inte tillfredsställande vad det avser maximalt utnyttjande av bränslets energiinnehåll eller i bästa fall tillfredsställande endast vid en för anordningen specifik effekt. 10 15 20 25 30 35 514 594 SYFTET MED UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att påvisa hur man på ett enkelt, billigt och mycket effektivt sätt kan förbränna olika sorters bränslen, tex ett fast bränsle i form av träpellets, varvid de tidi- gare kända förbränningsanordningarnas nackdelar väsentligen har reducerats eller elimi_nerats.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ovan angivna syfte uppfylles enligt uppfinningen genom att an- ordningen inkluderar en i brännkammaren anordnad bränslehàl- lare för att exponera bränslet för i brännkammaren förekom- mande gas samt gynna blandning av det i gasen innehållna syret med från bränslet härrörande pyrolysgas.

Det har vid praktiska försök, vid eldning av träpellets i den upp- finningsenliga anordningen, fastställts att tillämpningen av bränslehàllaren leder till en mycket effektiv förbränning till följd av att en nära nog fullständig blandning av syret och pyrolysga- sen, vilket i sin tur beror på att det i hållaren inhysta bränslet er- håller en stor effektiv exponeringsyta mot den syreinnehållande gasen.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, där bränn- kammaren uppvisar en begränsningsyta och bränslehàllaren är anordnad så att bränslet åtminstone delvis befinner sig på av- stånd från begränsningsytan, erhålles en mycket effektiv för- bränning genom att den i brännkammaren införda syrehaltiga gasen kan virvla mellan en hos bränslet stor exponeringsyta och brännkammarens begränsningsyta. Speciellt fördelaktigt är att kombinera detta med en annan föredragen utföringsform, där bränslehàllaren åtminstone i en del av dess yta uppvisar hål för att exponera bränslet för i brännkammaren förekommande gas.

Enligt ytterligare en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen, där bränslehàllaren uppvisar åtminstone två skivelement 10 15 20 25 30 35 514 594 för att mellan elementen inhysa bränslet i ett väsentligen jämn- tjockt skikt, bringas den syrehaltiga gasen att i än högre grad komma i kontakt med bränslet. Utföres skiktet relativt tunt erhål- les hos bränslet en i förhållande till bränslets volym stor expone- ringsyta, vilket gynnar blandningen av syre och pyrolysgas såväl som en likartad förbränning av bränslet genom hela dess volym.

En annan föredrag/en utföringsform av uppfinningen, där anord- ningen innefattar organ för att bibehålla och/eller förstärka den i bränslekammaren förekommande virvelrörelsen, möjliggör en mycket effektiv blandning och speciellt i kombination med ytterli- gare en annan utföringsform, där nämnda organ innefattar en turbolator inbegripande ett rör placerat väsentligen parallellt med 'brännkammarens centrumaxel, vilket rör uppvisar en inträdes- ände och en med brännkammarens utlopp sammanfallande utträ- desände, varvid inträdesänden är försedd med ett eller flera ur- tag i rörets mantelyta för insläppning av gas, och särskilt tillsam- mans med ytterligare en annan utföringsform där vid turbolatorns inträdesände är åtminstone ett styrblad anordnat vid ett eller flera av urtagen för att styra gasen in i turbolatorröret, erhålles en mycket effektiv virvelrörelse hos den genom brännkammaren strömmande gasen och dessutom är det därigenom möjligt, om så önskas, att omsätta ett högt gasflöde i kammaren utan att det uppstår övertryck i densamma. l turbolatorn fortgår virvelbild- ningen och den icke önskvärda laminära strömningen under- trycks, varigenom en effektiv blandning och förbränning upprätt- hålles tills det att så gott som fullständig förbränning har inträffat.

En annan uppfinningsenlig utföringsform, där anordningen uppvi- sar medel för att återföra till brännkammaren en del av de för- bränningsgaser som lämnat brännkammaren, möjliggör att gas- flödet kan bibehållas trots att lufttillförseln minskas i syfte att minska syreinsläppet i kammaren, vilket är önskvärt tex då för- bränningsanordningen arbetar vid lägre last.

En annan föredragen utföringsform av uppfinningen, där anord- ningen innefattar medel för att styra gasens virvelrörelse i bränn- 10 15 20 25 30 35 514 594 kammaren, och särskilt tillsammans med en utföringsform, där styrmedlet inkluderar åtminstone en styrskena, medför att det är möjligt att styra gasflödet kring bränslehàllaren och därmed kring bränslet på ett kontrollerat sätt för att erhålla en lång bland- ningssträcka. Detta leder till andra fördelar, förutom de rent för- bränningstekniska, såsom tex att förbränningsanordningen kan utformas väsentligen mindre än en förbränningsanordning, med motsvarande blandningssträcka, i vilken anordning gasgenomflö- det är linjärt.

En annan uppfinningsenlig utföringsform, där anordningen inne- fattar organ för att leda åtminstone en del av gasen i riktning mot bränslet, och speciellt en utföringsform, där ledorganet inkluderar åtminstone en ledskena, möjliggör att en viss del av gasen leds in mot bränslet för att i än högre grad exponera bränslet för i ga- sen förekommande syre och gynna den erforderliga blandningen av syre och pyrolysgas.

Enligt en annan uppfinningsenlig utföringsform, där anordningen innefattar medel för insamling av aska, varvid en avskiljare och/eller uppsamlingsbehållare är anordnad för att avskilja och/eller uppsamla askan innan askan tillåts lämna brännkamma- ren med förbränningsgaserna, erhålles betydande fördelar då askinsamlingen kan ske i brännkammaren innan askan passerar ut med gasen från brännkammaren, vilket skonar tex en till kammaren ansluten panna. Genom den uppfinningsenliga ut- formningen av brännkammaren och rådande gasflöde i den- samma kommer merparten av efter förbränning uppstående flyg- aska att slungas ut i periferin varigenom merparten av flygaskan på ett enkelt och effektivt sätt kan samlas upp med avskiljaren och/eller uppsamlingsbehàllaren.

Enligt en utföringsform av uppfinningen, där anordningen inne- fattar medel för att medelst vattenspolning avlägsna askan ur uppsamlingsbehållaren, är det möjligt att kontinuerligt forsla bort den uppkomna askan. 10 15 20 25 30 35 514 594 Särdragen hos det uppfinningsenliga förfarandet definieras när- mare i den detaljerade beskrivningen och i de efterföljande pa- tentkraven.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen kommer att avhandlas närmare i det följande.- KORT BESKRlVNlNG AV RITNINGARNA Under hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en närmare beskrivning av såsom exempel anförda utföranden av uppfin- ningen.

På ritningarna är Figur 1 en delvis skuren vy uppifrån av ett utförande av den upp- finningsenliga anordningen uppvisande en vertikal brännkammaren, Figur 2 ett snitt taget utmed linjen II-II i fig 1 som från sidan vi- sar brännkammaren inkluderande en bränslehållare, Figur 3 en skuren vy av ett utförande av den uppfinningsenliga anordningen uppvisande en horisontell brännkammare, utformad för s k tvâvägs-gasgenomflöde, varvid anord- ningen inkluderar en styrskena, Figur 4 ett tvärsnitt av den uppfinningsenliga anordningen i fig 3, Figur 5 en skuren vy av ett utförande av den uppfinningsenliga anordningen uppvisande en horisontell brännkammare, utformad för s k trevägs-gasgenomflöde, varvid anord- ningen inkluderar ett antal ledskenor, Figur 6 ett tvärsnitt av den uppfinningsenliga anordningen i fig 5, 10 15 20 25 30 35 514 594 Figur 7 en perspektivvy av en turbolator vilken inbegripes i de uppfinningsenliga anordningarna i fig 3-6, Figur 8 en perspektivvy av en bränslehållare vilken inbegripes i den uppfinningsenliga anordningen i fig 3 och 4, Figur 9 en perspektivvy _av en bränslehållare vilken inbegripes i den uppfinningsenliga anordningen i fig 5 och 6, Figur 10 är ett flödesschema över en anläggning inkluderande den uppfinningsenliga anordningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEN l fig 1 och 2 visas ett utförande av den uppfinningsenliga för- bränningsanordningen 1 innefattande en vertikal brännkammare 2 och en bränslehållare 3. Brännkammaren 2 uppvisar en vä- sentligen cylindrisk begränsningsyta 4, vilken definieras av en mantel 5, ett lock 6 och en botten 7. Även om brännkammaren 2 i princip kan uppvisa godtycklig form, är en rotationssymmetrisk form att föredraga, och i praktiken torde kammaren lämpligen vara utformad just som en cylinder. Andra utföranden av anord- ningen 1 inkluderar en horisontell brännkammare 2, vilket kom- mer att beskrivas mer i detalj i det följande. Brännkammaren är vidare försedd med ett inlopp 8 i manteln 5 för införsel av syre- haltig gas, vanligtvis luft, i en tangentiell riktning. l brännkam- marens lock 6 är ett utlopp 9 anordnat för att väsentligen paral- lellt med brännkammarens 2 centrumaxel 10 släppa ut i bränn- kammaren 2 uppkomna förbränningsgaser.

Inuti brännkammaren 2 är bränslehàllaren 3 anordnad för att hålla och/eller inhysa bränsle 11 i syfte att exponera bränslet 11 för den i brännkammaren 2 förekommande syrehaltiga gasen och därigenom gynna blandning av syre med från bränslet 11 härrörande pyrolysgas. Fastän bränslehàllaren 3 i detta utfö- rande är utformad som en kopp med en öppen övre ände och uppvisande ett flertal hål i dess yta för att gynna gasexponering 10 15 20 25 30 35 514 594 av bränslet 11, och placerad centralt ett stycke ovanför bränn- kammarens 2 botten 7, ska det påpekas att bränslehållaren 3 kan anta en rad olika utföranden och vara placerad på ett flertal olika sätt inuti brännkammaren 2 för att tillgodose olika typer av brännkammare 2, olika sorters bränslen 11, olika tillvägagångs- sätt vid påfyllning av bränsle 11 etc.' l begreppen ”bränslehållare” 3 och ”hållareï” 3' inkluderas här olika former av gripanordningar, enkla stödytor och behållare för att hålla och/eller inhysa bränsle 11 på plats. Genom experiment har det framkommit att en hållare 3 som ger bränslet 11 en stor exponeringsyta relativt bränslevolymen i många fall är eftersträ- vansvärd, eftersom en begränsande faktor för effektiv förbrän- ning, åtminstone för fasta bränslen 11, är storleken av den yta vid vilken förbränning kan ske. Av den anledningen är en bränslehållare 3 av behållartyp uppvisande en stor yta ofta för- delaktig, även om ett flertal geometriska former hos bränslehålla- ren 3 är tänkbara. Däribland exempelvis hållare som uppvisar lådform och hållare 3 med sfärisk, cylindrisk eller ko- nisk/dubbelkonisk form samt rörformiga hållare 3 med godtyckligt tvärsnitt. För de flesta hållartyper 3 gäller att de lämpligen är gaspermeabla. Detta kan tillgodoses tex genom att hållarens 3 yta är perforerad, d v s uppvisar ett flertal hål, eller att hållaren är tillverkad av ett trådmaterial eller ett nätmaterial så att den er- håller en nätliknande struktur.

Vid praktiska försök har det framkommit att en bränslehållare 3 av två skivelement, varvid bränslet inhyses mellan elementen, är en för effektiv förbränning mycket gynnsam utformning, för vilken det kommer att redogöras mer i detalj i anslutning till ett annat utförande av anordningen 1.

Bränsleinförsel till kammaren 2, d v s påfyllning av bränsle 11 i hållaren 3, kan ske på ett flertal olika tidigare kända sätt. Där- ibland kan nämnas olika typer av konventionella mekaniska frammatningsmekanismer, tex olika matarskruvar. En alternativ bränsleinförsel är att bränsle 11 tillförs via en bränsleledning, 10 15 20 25 30 35 514 594 10 vilken mynnar i anslutning till bränslehàllaren 3, genom att bränslet 11 helt enkelt via bränsleledningen med gravitationens verkan får falla ned till hållaren 3. ' I fig 3 och 4 visas ett utförande av den uppfinningsenliga anord- ningen 1 uppvisande en horisontell brännkammare 2, utformad för s k tvåvägs-gasgenomflöde. Begreppet tvåvägs-gasgenom- flöde förklaras i det nedanstàendefBrännkammaren 2 har en vä- sentligen cylindrisk begränsningsyta 4. Kammaren 2 innefattar ett bränsleinlopp 12 för bränsletillförsel, ett gasinlopp 8 för tillför- sel av syrehaltig gas, vanligtvis luft, och ett gasutlopp 9 för att släppa ut förbränningsgaser ur nämnda kammare 2. l detta utfö- rande innefattar den uppfinningsenliga förbränningsanordningen 1 organ 13 för att bibehålla och/eller förstärka en i bränn- kammaren förekommande virvelrörelse. Nämnda organ 13 inklu- derar en längs brännkammarens 2 centrumaxel anordnad sk turbolator 14. Vidare inkluderar anordningen en bränslehällare 3a, medel 15 för att styra gasens virvelrörelse och medel 16 för askinsamling.

Turbolatorn 14 inbegriper ett rör 17 placerat väsentligen parallellt med brännkammarens 2 centrumaxel, vilket rör 17 uppvisar en inträdesände 18 och en med brännkammarens 2 utlopp 9 sam- manfallande utträdesände 19, varvid inträdesändens 18 gavel 20 är tillsluten och utträdesändens gavel 21 är öppen och inträ- desänden 18 utförd med ett eller flera urtag 22 i rörets mantelyta för insläppning av gas. l beskrivna utföranden är turbolatorns 14 rör 17 av cirkulärt tvärsnitt, vilket torde vara mest ändamålsen- ligt, fastän andra tvärsnittsutformningar också är realiserbara.

Vid respektive urtag 22 är ett styrblad 23 anordnat för att styra gasen in i turbolatorröret 17.

Turbolatorn 14 är också åskådliggjord i figur 7, där inträdesän- dens 18 gavel 20 saknar tillslutning i ändamål att tydligare illust- rera turbolatorns 14 urtag 22 och styrblad 23. l praktiken är så- som tidigare nämnt turbolatorn 14 tillsluten i inträdesänden 18 så att gas endast kan strömma in via nämnda urtag 22. 10 15 20 25 30 35 514 594 11 Tidigare nämnda ”tvåvägs-gasgenomflöde” innebär att syrehaltig gas bringas att strömma intangentiellt i brännkammaren 2, i när- heten av en första ände 24 hos brännkammaren 2, för att bilda en virvelrörelse. Gasflödet kommer därtill i enlighet med tidigare resonemang att erhålla en rörelsekomponent (riktad åt vänster i fig 3) parallell med brännkammarens centrumaxel. Således bringas gasen att virvla huvudsakligen mellan brännkammarens 2 begränsningsyta 4 och bränslehållaren 3a samtidigt som gasen strömmar mot kammarens 2 andra ände 25. Då gasen når den andra änden 25 bringas gasen medelst turbolatorns 14 styrblad 23 att strömma in i inträdesänden 18 genom urtagen 22 samtidigt som gasens virvelrörelse koncentreras och förstärks. lnuti turbolatorn uppstår således en kraftig turbulent strömning som därtill har en rörelsekomponent parallell med brännkammarens centrumaxel riktad åt motsatt håll relativt den inkommande gasen (d v s riktad åt höger i fig 3).

Virvelbildningen är viktig bl a för att uppnå god blandning av till- fört syre och pyrolysgaserna härrörande från bränslet 11. Genom luftens rotation kring bränslet 11 erhålles en effektiv blandnings- sträcka som är avsevärt större än i fallet med en väsentligen helt linjär strömning. Turbolatorns 14 rotationsförhöjande effekt gör det möjligt att omsätta ett högt gasflöde i kammaren 2 utan att det uppstår övertryck i densamma. l det beskrivna utförandet råder istället ett litet undertryck i brännkammaren 2, vilket har stora fördelar, tex underlättas bränsletillförseln avsevärt. Den turbulenta strömningen av det utgående gasflödet i turbolatorn 14 bidrager också till att en mycket effektiv blandning och slut- förbränning av eventuella ofullständigt förbrända artiklar upp- rätthålles tills det att förbränningsgaserna lämnar brännkamma- ren 2.

Bränslehållaren 3a i enlighet med utförandet i figur 3 och 4 är också illustrerad i fig 8. Hållaren 3a uppvisar två skivelement 26 för att mellan elementen 26 inhysa bränsle 11 i ett väsentligen jämntjockt och relativt tunt skikt. Skivelementen 26 är krökta och 10 15 20 25 30 35 514 594 12 i det aktuella utförandet på så sätt att två väsentligen cirkulära begränsningsytor 27, 28, definierade av radier r1 och r2, skapas för det i hållaren 3a inhysta bränslet 11. Den invändiga be- gränsningsytan 27 definierad av r1 sammanfaller lämpligen med turbolatorrörets 17 ytterdiameter. Den invändiga begränsnings- ytan 27 hos bränslehållaren 3a bildas således i utförandeex- emplet ett rör med cirkulärt tvärsnitt, d vs bränslehållaren Sa uppvisar en centralt i hållaren 3a genomgående kanal 50. Den utvändiga begränsningsytan 28 hos bränslehållaren 3a bildar formen av ett rör med en längsgående slits 29, d v s i ytan finns en längsgående öppning 29, vilket medför att den utvändiga be- gränsningsytan 28 hos bränslehållaren 3a erhåller formen av ett rör med cirkulärt tvärsnitt där en del av rörets mantelyta har av- lägsnats. Denna öppning är avsedd att vara vänd mot bränslein- loppet 12 så att via bränsleinloppet 12 tillfört bränsle 11 kan in- föras i utrymmet mellan de två begränsningsytorna 27, 28 hos bränslehållaren 3a. Vidare är bränslehållarens 3a utvändiga be- gränsningsyta 28 gaspermeabel. Närmare bestämt är denna yta 28 perforerad, d v s den uppvisar ett flertal hål för att exponera det i hållaren 3a inhysta bränslet 11 och ombesörja erforderlig gasgenomströmning.

Genom att bränslet 11 såsom det är arrangerat i bränslehållaren 3a erhåller en relativt volymen stor exponeringsyta och p g a att virvelbildningen i brännkammaren 2 bidrager till en lång bland- ningssträcka samt att bränslet 11 inhyses såsom ett relativt tunt skikt och jämntjockt skikt så kan en mycket effektiv förbränning med nära nog optimalt syreutnyttjande uppnås.

I fig 3 är illustrerat hur medlet 15 för att styra gasens virvelrö- relse är anbringat i utrymmet mellan bränslehållaren 3a och brännkammarens 2 begränsningsyta 4. Styrmedlet 15 är realise- rat medelst en styrskena 30 vilken löper skruvlinjeformigt utmed bränslehållaren 3a. Styrskenan 30 möjliggör att styra gasflödet kring bränslehållaren 3a och därmed kring bränslet 11 på ett kon- trollerat sätt för att tex erhålla en lång blandningssträcka.

Styrskenan 30 kan användas för att gynna virvelbildningen och 10 15 20 25 30 35 514 594 13 reducera gasens rörelsekomponent längs centrumaxeln hos brännkammaren 2 för att på så sätt på ett kontrollerat sätt erhålla en lång blandningssträcka. Härvid uppnås god blandning mellan den syrehaltiga gasen och pyrolysgasen och även fördelen att bränslekammaren 2 och därmed förbränningsanordningen 1 kan utformas väsentligen mindre än en'förbränningsanordning, med motsvarande blandningssträcka, i vilken gasgenomflödet är lin- järt. l utförandeexemplet uppvisar den skruvlinjeformiga styrske- nan 30 en ökande stigning i riktning mot turbolatorns 14 inträ- desände 18. Detta utförande innebär att man tar hänsyn till att den inkommande gasen expanderar och erhåller en större volym under dess väg genom brännkammaren 2. Det skall påpekas att nämnda styrskena 30 endast utgör ett exempel på hur virvelrö- relsen kan styras i brännkammaren 2. Exempelvis behöver inte styrskenan 30 utgöra ett sammanhängande segment utan istället kan styrmedlet 15 tex inkludera ett antal mindre var för sig pla- cerade styrskenor längs bränslehållarens 3a periferi och/eller brännkammarens 2 begränsningsyta 4. För att uppnå största möjliga styrning av gasen torde det vara mest ändamålsenligt att styrskenans/styrskenornas 30 höjd är väsentligen lika med av- ståndet mellan bränslehållarens 3a utvändiga begränsningsyta 28 och brännkammarens begränsningsyta 4, fastän det givetvis är möjligt att avpassa höjden så att en fri spalt bildas mellan re- spektive skena 30 och brännkammarens begränsningsyta 4 alter- nativt mellan respektive skena 30 och bränslehållarens 3a utvän- diga begränsningsyta 28.

Det i den uppfinningsenliga anordningen 1 innefattande medlet 16 för askinsamling inkluderar en uppsamlingsbehållare 31 i brännkammarens 2 periferi. Denna behållare 31 utföres lämpli- gen l brännkammarens 2 botten 7. Genom den uppfinningsenliga utformningen av brännkammaren 2 och förbränningsförfarandet, vilka påverkar gasflödet i brännkammaren 2, kommer merparten av efter förbränning uppstående flygaska att slungas ut i periferin varigenom merparten av flygaskan på enkelt och effektivt sätt kan samlas upp i uppsamlingsbehällaren 31. 10 15 20 25 30 35 514 594 14 En stor fördel är att därigenom kan en stor del av askan omhän- dertagas innan askan tillåts lämna kammaren 2 med förbrän- ningsgaserna vilket bidrar till att en betydligt mindre andel aska tillförs en till brännkammaren 2 ansluten panna än vad som är fallet hos många av dagens förbränningsanordningar inom det aktuella området. ' Uppsamlingsbehållaren 31 utsträcker sig lämpligen längs väsent- ligen hela brännkammarens 2 längd och bildar en kanal i vilken flygaskan uppsamlas. Uppsamlingsbehållaren 31 kan också kompletteras med någon form av avskiljare 32, exempelvis en plåt, för att på så sätt styra askan till behållaren 31. l utförande- exemplet sluttar uppsamlingsbehållarens 31 bottenyta mot ett askavlopp 33 för att möjliggöra avlägsning av askan ur uppsam- lingsbehållaren 31 medelst vattenspolning. l fig 5 och 6 visas ett utförande av den uppfinningsenliga anord- ningen 1 uppvisande en horisontell brännkammare 2, utformad för s k trevägs-gasgenomflöde. Detta utförande inkluderar ett antal med ovan beskrivet utförandet för s k tvàvägs-gasgenom- flöde gemensamma konstruktionsutformningar. Därför kommer i det följande endast de för trevägs-gasgenomflödesutförandet specifika egenskaperna att beskrivas och i övrigt hänvisas till tidigare beskrivet utförande.

Nämnda ”trevägs-gasgenomflöde” innebär att syrehaltig gas bringas, via gasinlopppet 8, att strömma in tangentiellt i bränn- kammaren 2, i närheten av en ände 34 hos bränslehållaren 3b, för att bilda en virvelrörelse. Bränslekammaren 2 innefattar lämpligen någon form av skiljevägg mellan gasinloppet 8 och tur- bolatorns 14 inträdesände 18 för att förhindra gasen att strömma direkt till inträdesänden 18. Gasflödet kommer i enlighet med ti- digare resonemang att erhålla en rörelsekomponent (riktad åt höger i fig 5) parallell med brännkammarens centrumaxel. Såle- des bringas gasen att virvla huvudsakligen mellan brännkamma- rens 2 begränsningsyta 4 och bränslehållaren 3b samtidigt som gasen strömmar i riktning mot bränslehållarens 3b andra ände 35 10 15 20 25 30 35 514 594 15 och vid brännkammarens 2 gavel 36 bringas gasen att erhålla en rörelsekomponent åt motsatt hå-ll (d v s riktad ät vänster i fig 5) och i enlighet med tidigare redovisad teori fortgår nu virvelrörel- sen mellan turbolatorrörets 17 ytteryta och bränslehållarens 3b invändiga begränsningsyta 27b för att därefter nå fram till turbo- latorns 14 inträdesände 18 varefter gasen strömmar i analogi med det tidigare beskrivna utförandet för tvåvägs-gasgenomflöde och slutligen ut ur brännkammaren 2 via turbolatorns utträdes- ände 19. Syftet med detta utförande är att ytterligare öka bränslets 11 exponeringsyta och ytterligare förlänga blandnings- sträckan för blandning av den syrehaltiga gasen med från bränslet 11 härrörande pyrolysgas. Genom detta förfarande och anordningens utformning möjliggörs således att bränslet 11 ex- poneras för den syrehaltiga gasen på såväl dess invändiga be- gränsningsyta 27b som dess utvändiga begränsningsyta 28b. l fig 9 visas bränslehållaren 3b separat. Hållaren 3b har i stort sett samma geometri som hållaren 3a i det tidigare beskrivna utförandet enligt figur 8. Bränslehållaren 3b har emellertid an- passats för trevägs-gasgenomflöde på så sätt att den den in- vändiga begränsningsytan 27b hos hållaren 3b definierande ra- dien R1 är större än radien r1 som definierar turbolatorrörets 17 ytterdiameter. Detta för att möjliggöra för gasen att passera mellan bränslehållarens 3b invändiga begränsningsyta 27b och turbolatorröret 17. Vidare är i detta utförandeexempel även bränslehållarens 3b invändiga begränsningsyta 27b perforerad, d v s den uppvisar på samma sätt som den utvändiga begräns- ningsytan 28b ett antal hål för att exponera bränslet 11 för i brännkammaren 2 förekommande gas.

Den uppfinningsenliga anordningen 1 innefattar i detta utförande organ 37 för att leda åtminstone en del av gasen i riktning mot bränslet 11. Ledorganet 37 kan inkludera en eller flera ledskenor 38. I utförandeexemplet är skenorna 38 anordnade längs bränslehàllaren 3b och respektive skena 38 bildar en vinkel B med bränslehållarens 3b utvändiga begränsningsyta 28b, vilket bäst åskädliggörs i fig 6. Som ett alternativ kan ledske- 10 15 20 25 30 35 514 594 16 nan/ledskenorna 38 löpa längs brännkammarens 2 begräns- ningsyta 4 och istället bilda en vinkel med brännkammarens 2 begränsningsyta 4. Vidare skulle ledskenorna 38 kunna uppvisa ett krökt tvärsnitt så att skenorna 38 i större utsträckning följer bränslehållarens 3b och/eller brännkammarens 2 begränsnings- yta 4. Oavsett huruvida ledskenorna 38 är anordnade längs bränslehållaren 3b eller brännkammarens 2 begränsningsyta 4, eller som en kombination av dessa utföranden, är principen den att ledskenorna 38 styr en del av den virvlande gasen in mot bränslehållaren 3b för att i än högre grad exponera bränslet 11 för den syrehaltiga gasen och gynna en effektiv förbränning. l utförandeexemplen har beskrivits för fallet med tvåvägs-gasge- nomflöde att styrskenor 30 kan användas för att styra och kon- trollera virvelbildningen kring bränslehållaren 3a och för fallet trevägs-gasgenomflöde har ovan beskrivits hur ledskenor 38 kan användas för att styra in en del av gasen mot bränslehållaren 3b och därmed mot bränslet 11. Det skall emellertid här understry- kas att styrskenor 30 mycket väl kan tillämpas även i utförandet med trevägs-gasgenomflöde och att ledskenor 38 såsom beskri- vits för utförandet med trevägs-gasgenomflöde mycket väl kan tillämpas i utförandet med tvåvägs-gasgenomflöde. Således kan styrskenor 30 såväl som ledskenor 38 och kombinationer av dessa tillämpas i både utförande med tvåvägs-gasgenomflöde och trevägs-gasgenomflöde.

Utformningen av bränslehàllarna 3a, 3b i fig 8 respektive fig 9 möjliggör att olika fyllnadsgrad av bränsle 11, i hållare 3a och 3b, kan erhållas i båda fallen. Detta är en viktig egenskap hos bränslehållaren 3 av den anledningen att därigenom kan för- bränningsanordningens 1 effekt regleras. Med en relativt sett liten bränslemängd och till den avpassad syremängd erhålles en lägre effekt relativt anbringandet av en stor bränslemängd och därtill hörande större syremängd som ger en högre effekt hos anordningen 1. Ett alternativt utförande av bränslehållaren 3 är att genom inbördes förskjutning av skivelementen 26 skapa ett mindre avstånd mellan elementen 26 vid behàllarens 3 botten än 10 15 20 25 30 35 514 594 17 mellan skivelementen 26 i övrigt. Eftersom vid tillförsel av bränsle 11, hàllaren 3 först fylls med bränsle 11 i botten, kommer utförandet att bidraga till en stor exponeringsyta även då endast en liten bränslemängd tillförs hållaren 3. l fig 10 visas schematiskt en anläggning inkluderande den upp- finningsenliga anordningen 1. Anläggningen inkluderar i korthet en silo 39 från vilken bränslet 11 sugs in i en mataranordning 40 varefter bränslet 11 doseras och tillförs den Auppfinningsenliga anordningen 1 för förbränning. Anordningen 1 är ansluten till en konventionell värmepanna 41 för utvinning av värme. Från pan- nan 41 leds rökgaserna till en rökgasreningsapparat 42 där rök- gaserna renas och ytterligare värme utvinnes från rökgaserna medelst en värmeväxlare 43. Efter rökgasrening släpps gasen ut genom en skorsten 44.

I samtliga redovisade utförandeexempel innefattar anordningen lämpligen medel 45 för att återföra till brännkammaren 2 en del av de förbränningsgaser som lämnat brännkammaren. Detta är schematiskt illustrerat i fig 10. En ledning 46 inkluderande en ventil 47 och erforderlig styrutrustning 48 förbinder den från rök- gasreningsapparatens 42 utgående ledningen med förbrän- ningsanordningen 1. Återföringen av förbränningsgaserna kan ske i ett i brännkammaren 2 separat inlopp 49 för återföring eller genom att förbränningsgaserna blandas med den till förbrän- ningen erforderliga syrehaltiga gasen, vanligtvis luft, innan luften och förbränningsgaserna tillförs brännkammaren via bränsle- kammarens gasinlopp 8. Andra alternativ såsom återföring av rökgaser innan dessa genomgått rökgasreningsapparaten 42 är också möjliga. Återföringen av rökgaser har den fördelen hos den uppfinnings- enliga anordningen 1 att därigenom möjliggörs att gasflödet i brännkammaren 2 kan bibehållas trots att lufttillförseln minskas, oftast i syfte att minska syreinsläppet i kammaren 2, vilket är önskvärt tex då förbränningsanordningen 1 arbetar vid lägre last. 10 15 20 25 30 514 594 18 “Fastän anordningen 1 i den schematiska anläggningen är anslu- ten till en panna 41 på sä sätt att en ledning förbinder utloppet 9 hos anordningens 1 brännkammare 2 och pannan 41, är en reali- serbar alternativ lösning den att brännkammaren 2 är anordnad inuti en konventionell panna 41.

Anordningen 1 innefattar i exemplet medel 51 för att genom vat- tenspolning avlägsna uppsamlad aska. Nämnda medel 51 kan lämpligen inkludera ledningar, anslutningsdon, ventiler och styr- utrustning. l beskrivningen har exemplifierande utföranden redovisats, vilka skall ses som just exempel och inte utgöra några begränsningar för uppfinningstanken. Ett flertal modifieringar är möjliga inom ramen för uppfinningen. Till exempel kan bränslet utgöras av i stort sett vilket slags fast bränsle som helst inkluderande ved, kol, koks, torv, energiskog, avloppssediment, sopor och avfall etc. l detta sammanhang ska nämnas att det vid praktiska försök visats att i den uppfinningsenliga förbränningsanordningens brännkammare kan om så önskas uppnås en hög temperatur, vil- ket möjliggör att anordningen med fördel också kan användas vid förbränning av s k svårspjälkade bränslen.

Andra modifieringar inom ramen för uppfinningstanken är t ex att brännkammaren förses med flera inlopp för syrehaltig gas och/eller àterförda förbränningsgaser, exempelvis tillförsel av se- kundärluft till turbolatorn, att anordna styrskenor och/eller ledskenor mellan turbolatorn och bränslehàllarens invändiga be- gränsningsyta i fallet med trevägs-gasgenomflöde, att anordna en omrörare för att i bränslehållaren omröra bränslet i syfte att bättre exponera bränslet mfl.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 514 594 19 *Patentkrav Förbränningsanordning (1) innefattande en brännkammare (2) med åtminstone ett gasinlopp (8) och åtminstone ett gasutlopp (9), varvid gasinloppet är anordnat för att leda in syrehaitig gas, tex luft, väsentligen tangentiellt i bränn- kammaren i syfte att åstadkomma en virvelrörelse i nämnda brännkammare och gasutloppet är anordnat väsentligen centralt, relativt en centrumaxel (10) hos brännkammaren, för att i en ände av brännkammaren släppa ut för- bränningsgas i en riktning väsentligen parallellt med nämnda centrumaxel, kännetecknad därav, att anordningen inkluderar en inuti brännkammaren anordnad åtminstone delvis gaspermeabel bränslebehållare (3) för att erhålla en stor exponeringsyta hos bränslet och exponera bränslet (11) för i brännkammaren förekommande gas samt gynna blandning av det i gasen innehållna syret med från bränslet härrörande pyrolysgas. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att bränn- kammaren (2) uppvisar en begränsningsyta (4) och att bränslebehållaren (3) är anordnad så att bränslet (11) åt- minstone delvis befinner sig på avstånd från begränsnings- ytan. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att bränn- kammarens (2) begränsningsyta (4) är åtminstone till en del väsentligen rotationssymmetrisk. Anordning enligt krav 3, kännetecknad därav, att bränn- kammarens (2) begränsningsyta (4) bildar väsentligen en cylinder. Anordning enligt krav något föregående krav, kännetecknad därav, att bränslebehållaren (3) åtminstone i en del av dess yta uppvisar hål för att exponera bränslet för i brännkammaren (2) förekommande gas. 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 514 594 g 20 Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att bränslebehållaren (3a) uppvisar åtminstone en väsentligen centralt i behållaren genomgående kanal (50). Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att bränslebehållaren (3a, 3b) uppvisar åtminstone två skivelement (26) för att mellan elementen inhysa bränslet i ett väsentligen jämntjockt skikt. Anordning enligt krav 7, kännetecknad därav, att skivele- menten (26) är krökta. Anordning enligt krav 8, kännetecknad därav, att skivele- menten (26) utsträcker sig väsentligen parallellt med bränn- kammarens centrumaxel, varvid skivelementen definieras av radie r1 respektive r2, och nämnda radier r1, r2 i ett tvärsnitt av bränslebehållaren (3a, 3b) uppvisar storleksför- hållandena r2>r1>O. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att anordningen (1) innefattar organ (13) för att bibe- hålla och/eller förstärka den i bränslekammaren förekom- mande virvelrörelsen. Anordning enligt krav 10, kännetecknad därav, att nämnda organ (13) innefattar en turbolator (14) inbegripande ett rör (17) placerat väsentligen parallellt med brännkammarens centrumaxel, vilket rör uppvisar en inträdesände (18) och en med brännkammarens utlopp sammanfallande utträdes- ände (19), varvid inträdesänden är försedd med ett eller flera urtag (22) i rörets mantelyta för insläppning av gas. Anordning enligt krav 11, kännetecknad därav, att vid tur- bolatorns (14) inträdesände (18) är åtminstone ett styrblad (23) anordnat vid ett eller flera av urtagen (22) för att styra gasen in i turbolatorröret (17). 10 15 20 25 30 35 *13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 514 594 21 Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att anordningen (1) uppvisar medel (45) för att åter- föra till brännkammaren (2) en del av de förbränningsgaser som lämnat brännkammaren. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att anordningen (1) innefattar medel (15) för att styra gasens virvelrörelse i brännkammaren (2). Anordning enligt krav 14, kännetecknad därav, att styr- medlet (15) inkluderar åtminstone en styrskena (30). Anordning enligt krav 15, kännetecknad därav, att styrske- nan (30) utsträcker sig väsentligen skruvlinjeformigt Anordning enligt krav 16, kännetecknad därav, att den skruvlinjeformiga styrskenan (30) uppvisar en varierande stigning. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att anordningen (1) innefattar organ (37) för att leda åtminstone en del av gasen i riktning mot bränslet. Anordning enligt krav 18, kännetecknad därav, att ledorga- net (37) inkluderar åtminstone en ledskena (38). Anordning enligt något tidigare krav, kännetecknad därav, att anordningen (1) innefattar medel (16) för insamling av aska. Anordning enligt krav 20, kännetecknad därav, att askin- samlingsmedlet (16) inkluderar en avskiljare (32) och/eller uppsamlingsbehållare (31). Anordning enligt krav 21, kännetecknad därav, att avskilja- ren (32) och/eller uppsamlingsbehållaren (31) är anordnad 10 15 20 25 23. 24. 25. 514 594 22 för att avskilja och/eller uppsamla askan innan askan tillåts lämna brännkammaren med förbränningsgaserna. Anordning enligt krav 21 eller 22, kännetecknad därav, att anordningen (1) innefattar medel (51) för att medelst vat- tenspolning avlägsna askan ur uppsamlingsbehàllaren (31). Förfarande för förbränning av bränsle, särskilt inbegripande fasta bränslen såsom t ex träpellets, varvid bränsle införes i en brännkammare (2) och en syrehaltig gas, tex luft, leds in tangentiellt i åtminstone ett inlopp (8) i brännkammaren i syfte att åstadkomma en virvelrörelse i brännkammaren och förbränningsgaserna leds ut ur brännkammaren väsentligen centralt, relativt en centrumaxel (10) hos brännkammaren, vid ett utlopp (9) i en ände av brännkammaren i en riktning väsentligen parallellt med nämnda centrumaxel, kännetecknat därav, att bränslet hålles inuti brännkammaren medelst en åtminstone delvis gaspermeabel behållare (3) så att en stor exponeringsyta erhålles hos bränslet och bränslet exponeras för i brännkammaren förekommande gas och så att blandning av det i gasen innehållna syret med från bränslet härrörande pyrolysgas gynnas. Förfarande enligt krav 24, kännetecknat därav, att den i brännkammaren (2) nedströms inloppet (8) förekommande gasen medelst ett eller flera organ (13) påverkas att bibe- hålla och/eller förstärka sin virvelrörelse.