NL8000995A - Brander. - Google Patents

Description

m VO 0127 1

Brander.

De uitvinding betreft een brander voor het verbranden van stikstofhoudende brandstoffen, bestaande uit een kernluchtbuis met centrisch aangebrachte olieverstuiflans, een die kernluchtbuis omgevende stofbuis, een die stofbuis omgevende man-5 telluchtbuis met een aan de luchtintreezij de aangebrachte, axiaal verplaatsbare schoepenkrans voor het geven van een draaiende beweging, alsmede een naar de verbrandingsruimte toe conisch wijder wordende branderkelk.

Branders met bovengenoemde constructieve ken-10 merken, branden met vlammen, die een aanmerkelijke concentratie van NO^ in. de rookgassen teweegbrengen.

De reactiemeehanismen, welke de vorming van stikstofoxiden in technische verbrandingsinrichtingen veroorzaken, zijn grotendeels bekend. Men maakt tegenwoordig in hoofdzaak 15' onderscheid tussen twee verschillende vormingsreacties: - de thermische ÏTO^-·vorming, welke berust op oxidatie van moleculaire stikstof, welke b.v. rijkelijk in de verbrandingslucht voorkomt.

Angezien de oxidatie van moleculaire stikstof, 2Q atomaire zuurstof of aggressieve radicalen (b.v. OH, 0^, enz.) vereist·,'is deze oxidatie sterk afhankelijk, van de temperatuur, vandaar thermisch ίΓ0„; X.

- de vorming van brandstof die via de oxi- 25 datie van in de brandstof gebonden stikstof- ./ verbindingen plaats vindt. Tijdens de pyro- lyse vormen zich uit deze stikstofverbindingen stikstof-koolstof en stikstof-waterstof-radica-len (CH, ÏÏCH, CH, enz.), welke wegens hun reac-30 tievermogen met moleculaire zuurstof reeds bij betrekkelijk lage temperaturen, bij aanwezigheid van zuurstof, tot oxideren.

'“:= 80 0 0 9 95 - J» Ϋ 2

Vermindering van de thermische ΝΟχ-vorming wordt derhalve vooral bereikt door verlaging van de verbrandingstem-peratuur en van de verblijftijden bij hoge temperaturen. Aangezien bij de verbranding van brandstoffen met gebonden stikstof 5 echter een groot aandeel van de totale NQ^-vorming via de brand-st of-NO^-re act ie ontstaat, zijn bij dergelijke brandstoffen de in het voorgaande genoemde maatregelen voor het bereiken van de in enkele landen, bestaande emissierichtwaarden niet voldoende., Hiervoor ie het noodzakelijk.,, de stikstofverbindingen nog IQ tijdens de pyrolyse bij afwezigheid van zuurstof tot moleculaire stikstof (Hg) te reduceren.

Bij onderzoekingen is gebleken, dat deze reduc-tiereacties tot moleculaire stikstof, b.v. in die gevallen plaats vinden, wanneer de 'brandstoffen onder onderstoechiometrische om-15 standigheden, d.w. z. met minder zuurstof- resp. luchttoevoer, dan voor volledige verbranding noodzakelijk, verbrand worden.

Cm optimale resultaten te bereiken, dient voor de primaire ver-brandingszone, afhankelijk van de randvoorwaarden (b.v. wandtem-peratuur van de verbrandingsruimte 1 een luchtverhouding tussen 20 0,9 en 0,5 te worden gekozen. Wil moeten dan, teneinde volledige verbranding van de koolwaterstofverbindingen van de brandstof te bereiken, de in het onderstoechiometrische, primaire bereik ontstaande reaetieprodukten naverbrand worden.

Bij ter zake gedane onderzoekingen is gebleken, 25 dat met een dergelijke tweetraps-verbranding zowel de brandstof-HO^-vorming, bij gelijktijdige warmteonttrekking uit het onderstoechiometrische bereik, als de thermische WO^-vorming aanzienlijk verminderd kan worden. Bij proeven werden via toepassing van de tweetrapsverbranding dalingsresultaten van de NO^-emis-30 siewaarden ten opzichte van niet trapsgewijs verlopende verbranding tot ongeveer 70% bereikt.

Door proeven is aangetoond, dat bij het werken van de branders nabij of onder het stoechiometrische bereik de 80 0 0 9 95 3 vorming van brandstof NO^. duidelijk verlaagd kon worden. Teneinde verliezen door onvolledige verbranding en toename van andere emissies van schadelijke stoffen te vermijden (CO, koolwaterstoffen en deeltjes], dient bij het werken onder het stoechio-5 metrische bereik van de verbranders boven deze in de verbrandingsruimte extra lucht ingeblazen te worden. Het nadeel hiervan is, dat bij werken onder het stoechiometrische bereik in het onderste deel van de vervarmingsruimte slakafzetting en corrosie aan de buiswanden optreden. Dit levert gevaar' op voor de veiligheid 10 van de installatie.

Vastgesteld is voorts, dat door het verlangzamen van de vermenging tussen lucht- en brandstofstroom eveneens aanzienlijke vermindering van de HO^-emissie bereikt' kan worden.

Hiervoor zijn b.v. zogenaamde straalbranders ge-15’ schikt, waarbij zowel de lucht- als de brandstofstraal evenwijdig in de verbrandingsruimte ingeblazen worden. Teneinde feilloze ontsteking, te bereiken, dienen de hranderstralen elkaar echter, b.v. in een boekverbranding, wederzijds te ondersteunen.

Bij rangschikking van de branders in een front-20 verbranding of contraverhranding kan het vermengen van lucht en brandstof b.v. vertraagd worden, doordat de secundaire lucht, welke de stofstraal omgeeft, met ten naaste bij dezelfde snelheid ingeblazen wordt.

Bij een bekend geworden brander wordt de secun-25 daire luchtstroom in twee ten opzichte van elkaar ringvormig aangebrachte Buizen gescheiden toegevoerd, teneinde b.v. de binnenste, en daardoor rechtstreeks aan de stofstraal grenzende, secun- / daire luchtstroom met lage, en de buitenste secundaire luchtstroom met' hogere snelheid te laten uittreden. Hadelig is hier-30 bij, dat. een verlenging van de vlam optreedt, hetgeen leidt tot grotere verbrandingsruimten, terwijl bij de, door de belasting veroorzaakte, daling van de secundaire lucht de secundaire luehtsnel-heid tot onder de stoflucht snelheid verlaagd wordt, waardoor de aard en de vorm van de vlam veranderen. Onder bepaalde omstandig- . 800 0 9 95 ΐ h heden kan hierbij de ontsteking nadelig beïnvloed worden.

Voorts is het bekend» een primaire verbranding onder onderstoechiometrische omstandigheden te doen plaatsvinden in een voorkamer van de verbrandingsruimte, en de voor het volle- 5 dig uitbranden vereiste lucht bij de verbrandingsgassen die de voorkamer verlaten bij te mengen. Het nadeel van deze inrichting bestaat' in het gevaar voor huisvandcorrosie van de bij onder- stoechiometristthe omstandigheden werkende voSrkamer.

* - Doel van de uitvinding is nu het ontwikkelen van 1Q . een brander, waarbij door beïnvloeding van. de secundaire luchtstroom en het toevoeren hiervan op verschillende plaatsen van de verbrandingsruimte, doch. aan de brander toegevoegd, de verbranding zodanig beïnvloed wordt-, dat in een rechtstreeks op de bran-deruittreezijde aansluitende deelverbrandingszone (primaire zone) 15 een stabiele ontsteking over het gehele belastingsbereik bij ander stoechiometr ische' omstandigheden bereikt wordt en in een, op die primaire zone aansluitende naverbrandingszone (secundaire zonel het resterende uitbranden plaats vindt boven het stoeehiome-trische bereik.

20 Teneinde dit doel te bereiken wordt nu volgens de uitvinding voorgesteld, dat om. de branderkelk in concentrische rangschikking luchtmondstukken zijn aangebracht, welke via kanalen met het hoofdluchtkanaal verbonden zijn.

De luchtmondstukken kunnen daarbij, in nadere 25 uitwerking van de uitvinding, als gat-mondstukken of sleuf- mondstukken uitgevoerd, zijn, waarbij b.v. de sleufachtige ope-ningen door verwijdering van de vinnen tussen de buizen gevormd worden.

In nadere uitwerking van de uitvinding wordt 30 voorts: voorgesteld, dat ten minste twee, maximaal zes luchtmondstukken op een concentrisch ten opzichte van de mantelluchtbuis gelegen deeleirkel aangebracht zijn, en de diameter van die deel-eirkel ten minste het anderhalfvoud en maximaal het drievoud van de mantelluchtdiameter bedraagt.

t: 80 0 0 9 95 ...- \ 5

Daarbij kan, in nadere uitwerking ran de uitvinding, de uit de luchtmondstukken uittredende luchtstroom door middel ran een klep geregeld worden.

De met de uitvinding bereikte voordelen bestaan 5 hierin, dat door de toevoer van een deel van de secundaire lucht via zich buiten de mantelluchthuis van de brander bevindende luchtmondstukken de afloop van de verbranding van de te verbranden, stikstofhoudende brandstof zodanig geschiedt,, dat de HO^-waar-den tot het m-Tnim-nm verlaagd worden, zonder dat daarbij de ont— 10 steking van de brander over het volledige belastingsbereik gevaar loopt, zonder slakafzettingen en corrosie aan de buizen in de verbrandingsruimte- en zonder dat afbreuk wordt gedaan aan volledige uitbranding.

De uitvinding zal thans, onder verwijzing naar 15 de tekening, waarin uitsluitend bij wijze van voorbeeld voor de uitvinding een uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding is weergegeven, nog nader worden toegelicht.

Fig. 1 is· een langsdoorsnede, welke het principe van de uitgevonden brander verduidelijktj 2Q fig. 2 is een aanzicht in pijlrichting F van de brander volgens· fig. 1.

De weergegeven brander bestaat uit een centrale kernluchthuis 1, welke geschikt is voor het opnemen van een olie-verstuiflans voor ontstekingsverbranding, h.v, alternatieve capa-25 eiteitsverbranding- van olie. De kernluehtbuis is met een kanaal 2, via een klep 3 met een hoofdluehtkanaal U verbonden. Coaxiaal ten opzichte van de kernluehtbuis is een stofluchtbuis 6 aange-bracht, welke met een stofverdeelkamer 7 op een stofleiding 8 aangesloten is. Hieraan wordt vanuit een stofkoolbuis het voor de 30 verbranding bestemde stof-luchtmengsel toegevoerd.

Om de stofluchtbuis is coaxiaal een mantellucht-buis. 9 aangebracht, welke via kleppen 13 met het hoofdluehtkanaal l+ verbonden is. Een door de mantellucht axiaal doorstoomde schoe-penring .10 voor het geven van een draaiende beweging kan door een • 800 0 9 95 .9 6 ƒ aantal spillen 11 en een haadviel 12 axiaal verplaatst worden.

Het mantelluchtkanaal is, via een conisch wijder wordende hran-derkelk 1h, met de verbrandingsruimte verbonden. Uit het hoofd-. luchtkanaal b wordt, via een aantal kanalen 15 lucht aan in trap-5 pen werkende luchtmondstukken 16 toegevoerd, welke mondstukken gelijknatig verdeeld zijn over een denkbeeldige deelcirkel van de branderomtrek. De. branderkelk 1^ is b.v. vervaardigd uit keramische massa. Deze kelk: wordt', in een buismand 18 ingebouwd, die wordt- gevormd uit de buizen die zijn aangebracht langs de 10 . wand van de verbrandingsruimte.

De in trappen werkende luchtmondstukken 16 kunnen hetzij als gat-mondstukken l6 of als sleuf-mondstukken uitgevoerd, zijn.. De sleufmondstukken. ontstaan door· het verwijderen van de uit de buis-ribbe-buis gevormde buizenbekleding aan de 15' verbrandingsruimtewand.

De getrapte luchtstroom, welke via een kanaal 15 met de mondstukken 3 6 in de verbrandingsruimte terecht komt is door middel van een klep 17' regelbaar.

. / <r"* .. "· 80 0 0 9 65

Claims (3)

1. Brander voor het verbranden van stikstofhoudende brandstoffen, bestaande uit een. kernluchtbuis met centrisch aan-gêbrachte olieverstuiflans, een die kernluchtbuis omgevende stof-buis, een die stofbuis omgevende mantelbuis met een aan de lucht- 5 intreezijde aangebrachte, axiaal verplaatsbare schoepenkrans voor het geven van een draaibeweging, alsmede met een naar de verbrandingsruimte toe conisch wijder wordende branderkelk, met het kenmerk, dat om de branderkelk in concentrische rang schikking, luchtmondstukken (16) zijn aangebracht, welke via ka-]Q nalen (151 met het hoofdluchtkanaal (Λ) verbonden zijn.

2. ' Brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat.de luchtmondstukken (161 als gat-mondstukken of sleuf-mondstukken uitgevoerd zijn.

3. Brander volgens conclusies 1 en 2, met het ken-15 merk, dat ten minste twee, doch maximaal zes luchtmondstukken (-l6X op een concentrisch ten opzichte van de mantelluchtbuis (9) gelegen deelcirkel aangebracht zijn, en de diameter van die deel-cirkel ten minste het anderhalfvoud en maximaal het drie-voud van de mantelluchtdiameter bedraagt. 20 h. Brander volgens conclusies 1 - 3, met het kenmerk, dat. de uit de mondstukken (161 tredende luchtstroom door middel van een klep (17) regelbaar is. 80 0 0 9 95