SE537092C2 - Brännare - Google Patents

Abstract

537 092 SAMMANDRAG Uppfinningen avser en brannare, innefattande en allmant cylindrisk reaktorkammare (1) innefattande ett hOlje (1') med en proximal ande (1p) och en distal ande (1d). i den distala anden av reaktorkammaren (1) firms en katalysator (4) anordnad. Ett bransleinlopp (7) finns anordnat i reaktorkammarens proximala ande (1p). Det finns ocksâ en uppsattning luftinlopp (22, 23; 24) arrangerade i reaktorvaggen vid den proximala anden, konfigurerade att astadkomma ett roterande flode av den luft som sprutas in i reaktorkammaren. Det finns ocksâ anordnat en flodeshomogenisator (8; 30) som stracker sig over reaktorkammarens tvarsnitt vid ett lage mellan bransleinloppet (7) och katalysatorn (4).

Description

537 092 BRANNARE Denna uppfinning avser ett reaktorsystem for optimering av den katalytiska fOrbranningen av flytande branslen Mr fordonstillampningar och stationara 5 tillampningar.

Uppfinningens bakgrund I katalytiska brannare enligt teknikens stAndpunkt är det Onskvart att katalysatorn anvands pa ett optimalt satt, det viii saga att de gaser som strOmmar genom katalysatorn är sá homogena som mOjligt. Om bransle:luft-forhallandet ar fOrskjutet mot Overskott av bransle kan sA. kallade "heta flackar" ("hot spots") uppst6., vilket kan orsaka skada pa katalysatorn.

Saledes kravs noggrann blandning av branslet och luften.

Enligt teknikens standpunkt är det kant att blanda luft och bransle innan blandningen Mrs in i reaktionskammaren dar den antands. Detta är inget problem om reaktionskammaren är tillrackligt lang, eftersom eventuella inhomogeniteter jamnas ut Over en tillrackligt lang distans. Om reaktorn emellertid har kortats av for att spara utrymme eller for att passa in i sma utrymmen, kan denna utjamning inte uppnas.

Sammanfattning av uppfinningen I ljuset av de ovan namnda problemen har uppfinnarna tagit fram en reaktor med 25 vilken man uppnar mycket god blandning, varigenom riskerna fOr skada pa katalysatorn fororsakad av ojamn forbranning mildras.

I en fOrsta aspekt tillhandahalles en ny brannare innefattande en reaktor fOr katalytisk forbranning dar blandningen av bransle och luft forbattras. Brannaren definieras i krav 1, och innefattar en allmant cylindrisk reaktorkammare innefattande ett hOlje med en proximal ande och en distal ande; en katalysator anordnad i reaktorkammarens distala ande; ett bransleinlopp anordnat i reaktorkammarens proximala ande; en uppsattning luftinlopp arrangerade i reaktorvaggen vid den proximala anden, och utformade att tillhandahalla ett roterande Ode av den luft som 1 537 092 sprutas in i reaktorkammaren; en flOdeshomogenisator som stracker sig over reaktorkammarens tvarsnitt vid ett lage mellan bransleinloppet och katalysatorn.

Saledes baseras uppfinningen pa tva. huvudsardrag: 1) tillhandahallande av organ fOr 5 att bringa den luft som fOrs in i reaktorn att rotera inuti kammaren, och fOrorsakar darvid turbulens som effektivt blandar luften med bransle; 2) tillhandahallande av en sekundar blandare, i en exemplifierande utfOringsform i form av ett nat som spanner over reaktorkammarens tvarsnitt pa ett avstand fran inloppet. Den sekundara blandaren kommer att bryta upp det turbulenta flOdet och fororsaka en vasentligen 10 fullstandig homogenisering av bransle/luft-blandningen och ocksa fororsaka ett vasentligen linjart flOde efter den sekundara blandaren.

FOrdelen med fullstandig homogen blandning och linjart flOde, som skapas av blandningssystemet enligt uppfinningen kan sammanfattas i fyra punkter: Det eliminerar bildningen av heta flackar ("hotspots") i katalysatorn som potentiellt skulle kunna leda till kortare livslangd hos produkten Det sakerstaller att hela katalysatorn utnyttjas i processen, vilket resulterar i optimering av katalysatorstorlek och material som sanker driftskostnaderna RV den 20 katalytiska varmaren Det optimerar den katalytiska reaktorns storlek eftersom den erforderliga uppehallstiden for blandning for att uppna linjart och homogent flode minimeras genom den patvingade fiOdesstabiliseringen i reaktorn Bransle/luftblandningens rotationsrorelse skapar en central framatriktad 25 flOdesrOrelse som fOrhindrar att branslet kommer i kontakt med reaktorns vaggar, vilket fOrhindrar att sotbildning uppkommer.

Ytterligare tillampningar av uppfinningen kommer att framga av detaljbeskrivningen i det fOljande som ges i anslutning till de bifogade ritningarna vilka endast är exemplifierande, och skall saledes inte anses som begransande pa uppfinnigen, och dar Fig. 1 är ett schematiskt tvarsnitt genom en brannare; Fig. 2a visar en utfOringsform av en fordelare; 2 537 092 Fig. 2b visar en annan utfOringsform av en fOrdelare; Fig. 3a illustrerar en homogenisator; och Fig. 3b visar en annan homogenisator.

Detaljerad beskrivning av fbredragna utfbringsformer Det nya katalytiska reaktorsystemet, schematiskt visat i Fig. 1, innefattar en allmant cylindrisk reaktor, allmant betecknad 1, vilken har en proximal och en distal ande, betecknade lp respektive id. Bransle 2 och luft 3 infors separat i reaktorn och blandas sedan till bildande av en homogen blandning innan kontakten med katalysatorn 4.

I en foredragen utforingsform innefattar reaktorsystemet awn ett inre kylningssystem 5', 5", 12 Mr att reducera bildningen av emissioner frail den katalytiska reaktorn. Ett brdnsleinsprutningsorgan 7 innefattande ett munstycke 7', avpassat att finfordela brdnslet innan det blandas med luft och antands RV att producera en flamma 7", firms anordnat i reaktordndvaggen i den proximala anden lp.

Vasentliga sardrag hos det nya reaktorsystemet är organ anordnade for 20 blandning av bransle och luft pa ett mycket effektivt sat, och for homogenisering av flOdet av blandad gas i syfte att utnyttja katalysatorn sa effektivt som mOjligt.

I Fig. 1 anges blandningsorganet schematiskt vid 6a, vilket representerar oppningar anordnade ldngs omkretsen runt om munstycket 7' for finfordelning av branslet. Dessa oppningars geometri kan variera Mom vida grdnser, vilket kommer att fOrklaras ytterligare nedan i anslutning till Fig. 2a-b. Det viktiga funktionella sardraget hos blandningsorganet 6a ãr att det har fi5rmaga att satta luften i rotation inuti den cylindriska reaktorkammaren.

Tack vare den kraftiga rotationen hos luften ldngs den cylindriska reaktorkammarens innervaggar kommer det att ske en mycket effektiv blandning av brdnsle, luft och fOrbranningsgaser som produceras i flamman. 3 537 092 Den kraftiga blandningen fbrorsakar extremt turbulent flOde inuti reaktorn, och speciellt kommer den roterande luften att tillhandahMla ett "tacke" (blanket) av luft narmast reaktorvaggen. Tacket skyddar vaggen fran flamman, genom att sotbildning effektivt hindras eller till och med forhindras fran att upptrada pa reaktorvaggarna.

En annan effekt av den kraftiga blandningen ãr att det turbulenta flodet av gaser som ddrvid fOrorsakas, kommer att uppvisa en inhomogen koncentration av brdnsle i bransle/luftblandningen. Detta kan i sin tur fororsaka heta fldckar i katalysatorn vilket kan resultera i far tidig degenerering av katalysatorn och salunda kortare livsldngd.

FYN- att homogenisera flOdet och omvandla den turbulenta rotationen till ett vasentligen linjart flOde, och ddrigenom eliminera risken att sadan heta fldckar uppkommer, ãr en "flOdeshomogenisator" 8 placerad i reaktorn vid ett ldge mellan munstycket 7 och katalysatorn 4. Homogenisatorn 8 strdcker sig over hela kammaren i tvdr-/radialriktningen. Lampligen ãr homogenisatorn ett ndt, eller en perforerad platta. Ndr det turbulenta Ms:let trdffar homogenisatorn bryts fladet upp i mycket mindre floden vilket orsakar en noggrann blandning och saledes jamnar ut alla koncentrationsskillnader i blandningen.

Nu kommer den nya blandningsfunktionen att beskrivas med hanvisning till Fig. 2.

SA som antytts firms flera mOjliga utfOringsformer av denna aspekt av uppfinningen. Fig. 2a visar schematiskt en fOrsta utfaringsform av den bakre (proximala) reaktorvaggen ddr det firms vasentligen cirkuldra Oppningar anordnade ldngs omkretsen runt om flammunstycket. Detta konstruktionselement kommer att betecknas "fOrdelare" 20 eftersom dess funktion ãr att fOrdela luftflOdet sâ att en rotation av luftvolymen inuti kammaren skapas.

I den utfOringsform som visas i Fig. 2a firms anordnat en uppsdttning sma forsta Oppningar 22 med en forsta diameter, arrangerade koncentriskt runt om 35 och nara munstycket 7, och en uppsdttning stora andra Oppningar 23, 4 537 092 arrangerade koncentrisk med de fOrsta oppningarna och nara reaktorkammarens innervagg, vilka andra oppningar har en andra diameter som ãr stOrre an de forsta Oppningarnas 22 diameter.

I foredragna utforingsformer firms ungefax fyra stora oppningar och fyra sma, men antalet oppningar kan variera mellan ZZ och QQ. Eftersom det inkommande flOdet frail fOrdelarens 20 baksida har en flodeshastighet (m3/s), kommer flodeshastigheten ut fran de olika stora Oppningarna att skilja sig at sâ att de mindre (inre) Oppningarna 23 kommer att ge en hOgre flOdeshastighet inuti reaktorn an de stone (yttre) oppningarna 22. Salunda kommer det att fOreligga en gradient i flOdeshastighet radiellt tvars Over kammarens inre, vilket kommer att generera en rotation hos gasvolymen ddrinne.

En annan utfOringsform visas i Fig. 2b. Den innefattar baffelliknande element 24 arrangerade koncentriskt runt om munstycket 7 vid ett lage mellan munstycket och fordelarplattans 20 periferi, likt Oppningarna i Fig. 2a. Dessa bafflar 24 ãr gjorda genom att stansa eller skdra ut partier i fordelarplattan 20 motsvarande cirkelsegment, med ett parti av segmenten lamnade fastsatta eller integrerade med plattan 20. Detta skapar vikabara "flikar" som kan bojas uppat sâ att de skjuter ut i en vinkel frail fordelarplattans 20 plan. i Fig. 2b antyds detta med streckade linjer 25. FOretradesvis ãr en inre del av varje segment kortare an en yttre del, sa att bojlinjerna 25 inte straeker sig radiellt utan snarare i en vinkel i forhallande en radie.

Som sa.ledes framgar av Fig. 2b kommer luft inkommande &An baksidan att gá emot flikarna 24 och kommer ddrvid att omriktas i sidled for att pa sa sat skapa ett spirafflode. i den illustrerade utfOringsformen foreligger sex flikar, men antalet är inte kritiskt och kan variera beroende pa reaktorns storlek och geometri.

Det finns otaliga mojliga konfigurationer av organ gr att omrikta luftflodet vid sidan av de bdgge ovan beskrivna och man skulle kunna tanka sig att Ora Oppningarna sjalva sadana att borrningarna bildar en vinkel. Emellertid dr den specifika utformningen av en fOrdelare for blandning beroende pa det sdtt pa vilket luft tillfOrs, och kommer ddrfOr att vara en konstruktionsfraga, for vilken 537 092 det inte kravs nagot uppfinnararbete, och som ligger inom fackmannens kompetensomrade.

Det andra viktiga sardraget hos uppfinningen ãr tillhandahallandet av 5 homogenisatorn, kortfattat omnamnd ovan.

Fig. 3 visar ett exempel pa en homogenisator 30 implementerad i en utfOringsform av foreliggande uppfinning. Den innefattar ett skiljeelement i form av en vagg som delar upp reaktorkammaren i tva utrymmen, ett fOrsta utrymme dar blandningen sker, och ett andra utrymme nedstroms om det fOrsta utrymmet dar flOdet "lineariseras", det viii saga homogeniseras sá att det uppvisar vasentligen linjart node av gaserna.

I en fOrsta utfOringsform som visas i Fig. 3a, har homogenisatorn 8 en uppsattning oppningar 32 av olika storlekar. i den visade utfOringsformen visas tva storlekar, men tre eller fyra eller till och med fler storlekar kan anvandas. i centrum av homogenisatorn 30 firms inga oppningar, och salunda foreligger ett omrade 31 som fungerar som en flamskOld 8' for att forhindra att flamman (7" i Fig. 1) kommer in i det andra utrymmet, dar den skulle kunna fOrorsaka skada pa katalysatorn 4.

Oppningarnas 32 funktion ãr att bryta upp det turbulenta roterande flOdet i det forsta blandningsutrymmet nar flOde kommer emot homogenisatorn 8. Uppenbarligen kommer atminstone en del av den strommande gasen att passera genom oppningarna 32 medan en del kommer att reflekteras av vaggavsnitten mellan Oppningarna 32. Resultatet kommer slutligen att bli en mycket mer framatriktad riirelseenergi i den strommande gasen, och ett vasentligen linjart flOde kommer att skapas i det andra utrymmet. Pa detta salt kommer variationer i gasflodets varmeinnehall att utjamnas i det andra utrymmet och det kommer att vara mer osannolikt att de tidigare namnda heta flackarna uppkommer.

Fig. 3b illustrerar schematiskt an annan utfOringsform av en homogenisator som kan implementeras i flireliggande uppfinning. Den innefattar ett nat 34 35 (visas endast delvis; det tacker hela reaktorns cirk-ulara tvarsnitt) tillverkat av 6 537 092 tamligen tjocka stanger 36 arrangerade vinkelratt till bildande av kvadratiska oppningar 38. Dessa oppningar 38 kommer att fungera vasentligen pa samma satt som oppningarna i den tidigare utforingsformen i Fig. 3a.

I foredragna utforingsformer kyls hela reaktorn med kylvatten. Genom att Ora reaktorholjet dubbelvaggigt, kan kylvatten fOras genom det utrymme som loper langs omkretsen (vid 5 i Fig. 1) inuti det dubbelvaggiga holjet. Vattnet leds foretradesvis genom kylsystemet i motstrom, som framgar i Fig. 1 dar vatten W kommer in via ett inlopp 1 2 i den distala anden och lamnar vid den proximala anden via ett utlopp 120.t. 7

Claims (11)

537 092 PATENTKRAV:

1. En brannare, kannetecknad av en allmant cylindrisk reaktorkammare (1) innefattande ett hOlje (1') med en proximal ande (1p) och en distal ande (1d); en katalysator (4) anordnad i reaktorkammarens (1) distala dnde; en uppsattning luftinlopp (22, 23; 24) arrangerade i reaktorvaggen vid den proximala anden och konfigurerade att tillhandahalla ett roterande flOde av den luft som injekterats i reaktorkammaren genom att det finns anordnat blandningsorgan (6a, 24a, 24b) arrangerade runt om luftinloppen RV omriktning av luftflOdet; ett bransleinlopp (7) anordnat i reaktorkammarens proximala ande, arrangerat att injektera branslet in i det roterande luftflodet; en flodeshomogenisator (8; 30) som stracker sig Over reaktorkammarens tvarsnitt i ett lage mellan bransleinloppet (7) och katalysatorn (4).

2. Brannare enligt krav 1, kannetecknad av att bransleinloppet innefattar ett forstoftningsmunstycke (7') for brdnslet.

3. Brannare enligt krav 1, kannetecknad av att luftinloppen innefattar oppningar (24a) som delvis är tackta av klaffar (24b) arrangerad att omrikta luftflodet i en vasentligen tangentiell riktning Mr att darigenom fororsaka namnda rotation.

4. Brannare enligt nagot av fOregaende krav, kannetecknad av att flOdeshomogenisatorn innefattar ett perforerat skiljeelement (30, 32; 36, 38).

5. Brannare enligt krav 4, kannetecknad av att flOdeshomogenisatorn är ett na (36, 38). 8 537 092

6. Brannare enligt krav 4 eller 5, kannetecknad av att flodeshomogenisatorn (8; 30) innefattar en central (31)del som inte ãr perforerad.

7. Brdnnare enligt ndgot av foregdende krav, kannetecknad av att holjet dr dubbelvaggigt (5', 5") fOr att tillhandahalla en kylmantel (12).

8. Brannare enligt krav 7, kannetecknad av ett distal vatteninlopp (12,n) och ett proximalt vattenutlopp (12„t) till respektive frdn kylmanteln (12).

9. Brannare enligt krav 3, kannetecknad av att klaffarna bildar en vinkel i fOrhallande till reaktorvaggen uppgd.ende till 15 - 60 °. 9 537 092 En 0, Co ________,_......___.„..■IP ,- N-. 0 N- cts (0 , N- CO CN 537 092 CO CN LL 9Cq 6!.d 8C `1111 't111,110116 F111••1111M•111a, 11111E•1111•Ell••■ ..1••11111•••■

10. Ninsaimmiwimin111, `1•1111•1111•MEIN•mma

11. •••1•111•1111111111••• INI•OWN•••• 1111111111111•1111M !••■•••••1111•••• INE•M•Mall•11••111 ••••1111••111E•••••1 11•1111111•••• al•HIN•uyr t7C ZCOE