SE515645C2 - Kameraförsett tillförseldon för en fluid till en förbränningskammare - Google Patents

Description

515 645 2 Ett tillförseldon av här aktuellt slag måste kunna arbeta till- förlitligt under lång tid i en krävande miljö, där inte minst det i förbränningskammaren införda röret utsättes för stora påkänningar till följd av den höga temperaturen och den korro- siva miljön. De temperaturförändringar som uppkommer då röret utdrages för rengöring, vilket normalt sker 3-6 gånger per dygn måste även beaktas.

Vid användning av förbränningsanläggningar försedda med till- förseldon av angivet slag föreligger önskemålet att effektivi- sera förbränningsprocessen och reducera miljöskadliga utsläpp.

För att uppnå detta gäller det att ha så utförlig kunskap som möjligt om förbränningsförloppet. Hittills framkomna förslag i detta avseende har inte varit helt tillfredsställande, bl.a. eftersom det inte varit möjligt att noggrant studera flera av de parametrar, exempelvis förbränningsgasernas och partiklarnas färg och intensitet i olika delar av förbränningskammaren, vilket har betydelse för ett effektivt förbränningsförlopp. Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att undanröja detta sak- förhållande.

Kortfattad redogörelse för uppfinningen Ett tillförseldon enligt uppfinningen som uppfyller detta ända- mål är av ovan angivet slag och uppvisar i kravs 1 känneteck- nande del angivna särdrag.

Uppfinningen medför fördelen att - särskilt då åtminstone en av kameralinserna består av en vidvinkellíns - i princip hela eld- staden, både uppströms och nedströms om det aktuella röret, kontinuerligt kan filmas och visualiseras, t.ex. på bildskärm i ett kontrollrum. Automatisk reglering av förbränningsförloppet via datorstödd bildanalys för största möjliga effektivitet med noggrant beaktande av miljöaspekter blir därigenom möjlig.

Den plugg i vilken linsen är upptagen är lämpligen försedd med linsen omgivande utströmningshål för en renblåsnings- och kyl- fluid. Denna är företrädesvis densamma som tillföres förbrän- ningskammaren. 515 645 3 Denna renblåsningsverkan förstärker den verkan som åstadkommes av de roterbara don, t.ex. stålpinnar eller borstar, som ut- nyttjas för rengöring av röret vid dess inåt- och/eller utåt- rörelse.

Möjligheten att utnyttja den rörets övriga luftdysor - vilkas antal kan variera mellan exempelvis 10 och 50 stycken - till- förda processluften för renblåsning av kameralinsen samt även för kylning innebär en särskild fördel.

Linsen jämte tillhörande i pluggen upptagen del befinner sig lämpligen på sådant radiellt avstånd från pluggens periferiyta att konvektiv- och strålningsenergi kan överföras från den kalla rörväggen till linsen.

För effektiv kylning av såväl det dysförsedda tillförselröret som kameralinsen är detta lämpligen av i krav 6 resp. 7 angivet slag.

Uppfinningen erbjuder därjämte möjlighet att med hjälp av datorstödd bildanalys kontinuerligt - genom vridning av röret - anpassa vinklar, flöde och tryck hos den utströmmande luften allt eftersom bildanalysen ger signal eller information att de omgivande förhållandena förändras.

I praktiken föredrages att tillförseldonet förses med en motor, t.ex. en elmotor med kedjedrift, som automatiskt omvrider röret till lämpliga inställningslägen i beroende av resultatet av bildanalysen.

Den ovan angivna skruvlinjeformade banan för kylmedlet såväl vid dess passage fram till inneränden som vid dess återgång i riktning mot ytteränden gör att kylningen blir synnerligen effektiv vilket ökar tillförseldonets livslängd.

Kylmedelsröret eller -rören och återgångspassagen uppvisar lämpligen vid yttermantelns utsida belägna anslutningar, före- trädesvis i form av snabbkopplingar till flexibla slangar som u. u; - . .. U m . , . . u. n. .. -« v . u m .n . . .. 9- ou n. - . . . . . . n. u. | »u -v v.. - . . , n., ; 1 e . « Q .. . a . . . . . u n 1 v» n »n .u .n 4 kan medfölja röret vid dess axiella förskjutning ut ur resp. in i förbränningskammaren.

Ytterligare kännetecken för och fördelar hos uppfinningen kommer att framgå av nedanstående beskrivning av en utförings- form av denna. Beskrivningen sker i anslutning till bifogade ritningar.

Kortfattad redogörelse för ritninqsfiqurerna Fig. 1 är en perspektivvy som i genomskärning visar förbrän- ningskammaren till en värmealstrande anläggning såsom en sop- förbränningsugn försedd med ett tillförseldon enligt uppfin- ningen för tillförsel av luft, vilket don befinner sig i aktivt läge.

Fig. 2 är en perspektivvy av några väsentliga komponenter till tillförseldonet enligt fig. 1.

Fig. 3 är en med bortskurna delar försedd perspektivvy av det med en yttermantel och kylrör försedda fluidumröret till till- förseldonet enligt fig. 1 och 2.

Fig. 4 är en sidovy som visar den yttre änden av fluidumröret jämte upphängningsarrangemang och anslutningar för fluiden och ett kylmedel.

Fig. 5 är en detaljvy i form av ett snitt genom en del av för- bränningsanläggningens vägg och det i tillförseldonets ände befintliga huset som upptar rengöringsdonen för röret.

Fig. 6 är ett vertikalt snitt genom röret utvisande tre gängade hål med olika vinkelavstånd i detta.

Fig. 7 är ett tvärsnitt genom en del av ett tillförseldon med en inskruvad plugg som upptar en kameralins samt hål för ren- blåsningsluft.

Fig. 8A-8C, slutligen, visar tre olika typer av pluggar som kan inskruvas i de gängade hålen i fig. 6. 515 645 - m.. 5 Beskrivning av föredragna utförinqsformer I fig. 1 betecknar siffran 2 en förbränningsanläggning i form av en ugn för förbränning av fasta bränslen med en nedre rost (icke visad) och en övre förbränningskammare 3.

Bränslet kan tillföras intermittent eller kontinuerligt och förbränningsluft inblåses i form av primärluft underifrån och upp genom rosten vilket genererar förbränningsgaser till för- bränningskammaren 3.

Sekundärluft tillföres via ett antal tillförseldon av vilka ett, betecknat med siffran 1, visas i fig. 1. Tillförseldonet uppvisar ett axiellt förskjutbart rör 5 som ingår i förbrän- ningskammaren 3 genom en öppning i ugnens 2 vägg. Tillförsel- donen 1 tillför sekundärluft i syfte att slutförbränna bildade reaktionsprodukter i form av gas och fasta partiklar i för- bränningskammaren 3.

En del av partiklarna avsätter sig på förbränningskammarens 3 insida som är beklädd med vatten- eller ångtuber 4 med en utan- förliggande isolering. Stoftpartiklar avsättes även på tillför- selrören 5, varvid hålen 5e för sekundärluftens tillförsel kan helt eller delvis sättas igen, vilket därigenom negativt på- verkar sekundärlufttillförseln. Detta gör att förbränningen blir ofullständig med ytterligare problem av angivet slag som följd.

Vid en anläggning av här aktuellt slag är tillförselrören 5 för fluidum, t.ex. sekundärluft, anordnade under bildning av ett ridåsystem innefattande ett antal parallella sådana rör 5 på en eller flera nivåer i förbränningskammaren 3. Rören 5 är för- sedda med munstycksformade öppningar 5e utmed rörens hela mantelyta. Öppningarna 5e kan ha lika delning och flera rader med öppningar med olika vinkelavstånd, vilka öppningar kan vara försedda med pluggar som eventuellt tjänstgör som dysor, kan vara anordnade utmed rören på sätt som nedan beskrives närmare i anslutning till fig. 6 och 8. 515 645 :_ï:=;::¿:_ . 6 Ett fluidum, t.ex. sekundärluft med inblandning av koncentrerad ammoniak, recirkulerad rökgas och/eller syrgas av högt tryck, tillföres via en fläkt (icke visad) ansluten till en samlings- låda 6 från vilken utgår flexibla slangar 7 som medelst snabb- kopplingar är anslutna till rörens 5 ändflänsar 5b.

I beroende av aktuellt förbränningsförlopp införes rören 5 i och utdrages i axiell led ur kammaren 3 med längre eller korta- re tidsintervall, exempelvis 3-6 gånger per dygn. På detta sätt kan förbränningsförloppets emissionsnivå hållas optimal.

Det i fig. 1 visade tillförseldonet 1 består av en långsträckt modulenhet som är utbytbart applicerbar på förbränningsanlägg- ningens 2 vägg 2a i området för ett för röret 5 upptaget hål i denna. Modulenheten är uppbyggd kring en stativdel 10 med i det närmaste kvadratisk sektion som i ena änden uppvisar ett ren- göringsdon i form av som borstar tjänande stålpinnar 8 och dessas drivanordning som nedan skall beskrivas i anslutning till fig. 5 omgivande hus 11 vilket hus är försett med en hålet i väggen 2a omgivande anslutningsfläns lla.

Stativdelen 10 har vidare en utmed denna förlöpande övre styr- ning 12 för en vagn 13 som via länkar 14, 15 och en röret 5 om- givande bygel 16 uppbär röret 5 i området för dess yttre ände.

Röret är därvid såsom ovan angivits omvridbart uppburet, så att riktningen av utgående fluidströmmar kan inställas optimalt.

Drivanordningen för röret består av en vid stativdelens 10 inre ände anordnad elmotor 20 som via en kedja 21 roterar en axel 22 vilken uppbär ett kedjehjul 23. Ytterligare ett kedjehjul 25 är lagrat på en axel 26 vid stativdelens 10 andra ände. Över kedjehjulen 23, 25 löper en kedja 24 som via ett förbindelse- element 27 står i förbindelse med länkarmen 15, dvs så att röret 5 förskjutes i endera riktningen i beroende av elmotorns 20 rotationsriktning.

Den i området för stativdelens 10 tak anordnade styrningen 12 uppvisar nedre omvinklade skänklar som bildar en nedåtriktad öppning i vilken den T-formade vagnens 13 nedåtriktade centrala 515 645 7 del 13a utskjuter. Vagnen 13 kan glida på den såsom styrning tjänstgörande balken eller uppvisa hjul eller rullar för att underlätta rörelsen.

Såsom framgår av fig. 3 består röret 5 av en med dysor 9 eller munstycksöppningar 5e försedd yttermantel 5a samt ett inre rör 5b vilket i sin yttre ände har en anslutningsfläns 5k för en koppling 7a på den flexibla slangen 7. Varje rör 5 kan ha t.ex. tre rader med dysor eller munstycksöppningar 5e vilka rader är anordnade på olika vinkelavstånd från varandra. Härmed erbjudes möjlighet att antingen genom omvridning inställa det mest opti- mala läget för röret och/eller att i samband med donets in- stallering plugga en eller flera dysöppningar eller samtliga dysöppningar i en eller flera rader med plugggar som saknar hål eller med dysor med hål med samma eller olika diameter, så att fluidströmmen från röret får den för förbränningsförloppet mest ändamålsenliga riktningen och storleken.

Såväl yttermanteln 5a som det inre röret 5b har sluten inre ände och upptas till viss del av tre kylmedelsrör 5e som för- löper skruvlinjeformat omkring innerröret 5b. I den yttre änden är kylmedelsrören 5c försedda med en av en kåpa 51 täckt an- slutning, t.ex. en snabbkoppling, till en flexibel slang 30 för tillförsel av kylmedel. En liknande kåpa 5f täcker en anslut- ning, t.ex. en snabbkoppling, för ytterligare en flexibel slang 31 via vilken kylmedlet avgår.

Kylmedelsrören 5c är öppna vid sin inre ände, så att det från rören avgående kylmedlet erhåller en skruvlinjeformad åter- gångspassage 5i i mellanrummen mellan yttermanteln 5a, det inre röret 5b och kylmedelsrören 5c. Det i fig. 3 visade arrange- manget medger en mycket effektiv kylning av röret 5.

Tvärsnittet enligt fig. 5 är avsett att åskådliggöra att huset ll för rengöringsdonen uppvisar två eller flera motstående set med av hållarorgan uppburna, såsom borstar tjänande stålpinnar 8, vilkas hållarorgan under rörets förskjutningsrörelse in i resp. ut ur förbränningskammaren 3 själv utför en styrd rote- 515 645 8 rande rörelse omkring röret 5. Därigenom utnyttjas centrifugal- kraften för effektiv rengöring av röret.

Mer i detalj är borstarna 8 anordnade på en hållare 40 som är uppburen av en roterbar axel 41 i vars ena ände finnes ett kugghjul 42 som avvalsar mot en med innerkuggar försedd fast anbringad ringkrans 43. Axeln 41 är via ett kullager 50, buss- ning 51 och hållaren 49 anbringad till ett kedjehjul 48. Vrid- kraft för rotation överföres via en av en icke visad motor driven kedja 47 som ingriper mot kedjehjulet 48. Kedjehjulet 48 är i sin tur lagrat till ringkransen 43 via V-formade hjul 44 vilka ingriper i ett likaså V-format spår i ringkransens 43 periferi.

Den beskrivna konstruktionen gör att borstarna 8 roterar med stor hastighet och kraftigt - men även skonsamt - slår an mot röret 5 så att sot och annan partikelbeläggning effektivt av- lägsnas. Samtidigt gör den axiella förskjutningen av röret att dess hela mantelyta med dysöppningarna bearbetas. Hela enheten 39 med stålpinnarna 8 är enkelt utbytbar efter lösgöring av den med mutter och bultskalle försedda axeln 41.

Fig. 7 visar en i hålet 5c i röret 5 inskruvad plugg 9 som är försedd med en kameralins 60 som via en anslutningsledning 61 möjliggör on-line-studium och/eller fotoelektrisk registrering och via signal till exempelvis en tryck- och flödesreglerande fläkt ger möjlighet att påverka förbränningsförloppet i kamma- ren 3. Linsen 60 är en vidvinkellins som möjliggör att princi- piellt hela eldstaden kontinuerligt kan filmas och visualiseras direkt på bildskärm eller via video i ett kontrollrum.

Pluggen 9 upptar ett stort antal utströmningshål 63 med liten diameter för renspolning och kylning av linsen 60 med renblås- ningsluft som består av den förbränningskammaren 3 tillförda processluften.

Linsen 60 och dess anslutningsledning 66 kyls vidare med om- givande kylfluidum, dvs vatten i det ovan beskrivna spiral- flödet och kan därigenom hållas ren från beläggningar. Till nnn .nn n n .n nn nn n n n n nn nn nn -n n n n n. .n n n nn nn nn nn n n n n n n n nnn nnn n n n nn nnn n n n n nnnn n n n n i n nn n n n n n n n n n n nn .. nn .nn .nn n detta bidrar även den "grövre" rengöringen via det i anslutning till fig. 5 beskrivna borstsystemet.

Kameralinsens 60 i pluggen 9 upptagna del 60a befinner sig på sådant avstånd från pluggens periferi att konvektiv- och strål- ningsenergi kan överföras från den kalla rörväggen till linsen.

Röret 5 är vidare försett med en elmotor (icke visad) som via kedjedrift (icke visad) möjliggör omvridning av röret 180° i vardera riktningen.

Det blir därigenom möjligt att med hjälp av datorstödd bild- analys via kameralinsen 60 kontinuerligt anpassa riktning, flöde och tryck av den från pluggarna 9", 9"' utströmmande luften så att ett effektivt förbränningsförlopp kan uppnås allt eftersom bildanalysen ger signal resp. information om föränd- ring av de underliggande förhållandena.

Vid tillförseldonets applicering och intrimning skall en nog- grann bestämning göras vilka dysöppningar 5e som skall vara öppna, vilket sålunda också innebär att övriga skall vara pluggade. Även härtill kan kameran komma till användning. I samband med denna analys är det även av betydelse att känna till temperaturen i förbränningszonen där röret 5 befinner sig.

För denna angelägna bestämning kan själva röret användas, näm- ligen om en temperatursensor 60 anbringas i området för rörets inre ände, t.ex. såsom visas i fig. 3 i rörets förslutna inre ändvägg.

Noggrann kartläggning av aktuella temperaturzoner kan företagas genom att röret stegvis inskjutes, t.ex. en halv meter i taget, och att en avläsning av temperaturen göres vid varje stopptill- fälle. Vid denna process kan även kameran komma till använd- ning.

Sedan temperaturzonernas utbredning kartlagts bestämmes vilka dysor 9 som skall vara öppna och vilka som skall vara proppade för bästa funktion. Vid utprovningsförloppet kan även en om- vridning av röret ske då, såsom ovan angivits, röret är anord- nat så att sådan omvridning medgives. 10 Vid det i fig. 6 och 8A-8C visade utförandet har röret tre rader med dysöppningar 5e vilka har inbördes olika vinkel- avstånd, t.ex. 90°, 120° resp. 150°. Om samtliga dysöppningar 5e i en rad förses med pluggar 9' av i fig. 8A angivet slag, dvs saknande hål, kan - i beroende av rörets 5 vridningsläge - de båda avgående fluidumstrålarna bilda motsvarande vinklar med varandra. Övriga dysöppningar 5e kan förses med dysor 9" resp. 9"' av i fig. 8B resp. fig. 8C visat slag varigenom även storleken av från röret avgående flöden kan regleras. Exempelvis kan dysor 9' med små hål anordnas nära rörets yttre ände under det att dysor 9" med stora hål inskruvas i rörets inre ände. På detta sätt kan sålunda olika flöden i rörets longitudinella riktning åstadkommas.

Flera olika typer av gängade dysor 9", 9"', t.ex. med hål- diametrarna 5, 10, 12, 15 och 20 mm, kan användas.

Service på ugnsanläggningen tillgår normalt så att den tidigare använda modulenheten avlägsnas och en ny appliceras genom att anslutas på samma plats som den avlägsnade. För bästa funktion genomföres en test av angivet slag innan normal användning av den nya modulenheten påbörjas. Underhåll och service av den av- lägsnade modulenheten kan därför genomföras, t.ex. på fabrik.

Vid normala förbränningsanläggningar till vilka tillförseldon enligt uppfinningen kan komma till användning har rören vanli- gen en längd av 3-6 meter. Både större och mindre rörlängder kan emellertid komma ifråga. Moduluppbyggnaden av tillförsel- donet gör att det är en jämförelsevis enkel operation att anpassa denna till i olika enskilda fall önskade rörlängder.

Claims (8)

uuu .uu u u .u .u u. u u u u uu uu uu uu u u u uu uu u u uu uu uu uu u u u a u uu u.. u. u uu u, uuu u u u u uf-u u u u uu u uu u u u u u u u u u u u. uu uu .uu m- c ll Patentkrav

1. Tillförseldon för en fluid till en förbränningskammare (3) i en värmealstrande anläggning, t.ex. en panna eller ugn (2), vilket tillförseldon (1) innefattar a) ett utanför anläggningen uppburet, med periferíella hål (5e) försett rör (5), b) drivorgan (20-27) för axiell förskjutning av röret (5) in i och ut ur anläggningen genom ett hål i dennas vägg, c) organ (13-16) för förskjutbar uppbärning av röret i dess yttre ände, vilka organ är så utformade att omvridning av röret medgives, d) i rörets (5) yttre ände belägna anslutningsorgan (5g) för en flexibel slang (7) för tillförsel av fluiden från en tillförselkälla, e) roterbara don, t.ex. stålpinnar (8) eller borstar för rengöring av röret vid dess inåt- och/eller utåtrörelse, f) tillförselorgan (30) för kylmedel till röret (5), g) en eller flera företrädesvis gängade hål eller öppningar (Se) i röret (5), i vilka hål pluggar (9, 9', 9", 9"') är applicerbara, företrädesvis inskruvbara, k ä n n e t e c k n a t a v att en eller flera av pluggarna (9) uppvisar en kamera- lins (60) som via en tillhörande anslutningsledning (61) möjliggör on-line-studium och/eller fotoelektrisk registrering för påverkan av förbränningsförloppet i kammaren (3).

2. Tillförseldon enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en lins (60) är en vidvinkellins.

3. Tillförseldon enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att pluggen uppvisar linsen omgivande utströmningshål (63) för en renblåsnings- och kylfluid.

4. Tillförseldon enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att renblåsnings- och kylfluiden är densamma som tillföres förbränningskammaren (3). 515 64 5jïI= . I* 12

5. Tillförseldon enligt krav 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t a v att linsen (60) jämte tillhörande i pluggen (9) upptagen del befinner sig på sådant radiellt avstånd från pluggens periferiyta att konvektiv- och strålningsenergi kan överföras från den kalla rörväggen till linsen.

6. Tillförseldon enligt något av krav 1-5, varvid röret uppvisar en med de periferiella pluggförsedda hålen försedd yttermantel (5a), k ä n n e t e c k n a t a v att ett eller flera kylmedelsrör (5c) sträcker sig skruvlinjeformat mellan innerröret (5b) och dess yttermantel (5a), varvid kylmedels- röret eller -rören (5c) är öppna vid sin inre ände och inner- röret (5b) och yttermanteln (5a) slutna vid den inre änden, så att kylmedlet erhåller en skruvlinjeformad återgångspassage (5i) i mellanrummen mellan yttermanteln (Sa), innerröret (Sb) och kylmedelsröret eller -rören (5c).

7. Tillförseldon enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att de skruvlinjeformade kylmedelsrören är ersatta av väggar mellan röret och den omgivande manteln.

8. Tillförseldon enligt något av krav 1-7, innefattande en drivanordning för rotation av röret, k ä n n e t e c k n a t a v organ för att med utnyttjande av datorstödd bildanalys kontinuerligt och automatiskt anpassa utströmningsriktning, flöde och tryck för via rörets dysor tillfört fluidum i mot- svarighet till medelst bildanalysen erhållen signal resp. information om förbränningstillståndet i kammaren.