NO125007B - - Google Patents

Description

Brenner for fremstilling av syntetisk gass.

Foreliggende oppfinnelse angår appa-rater for syntetisk gassfremstilling ved partiell oksydasjon og tar særlig sikte på fremstilling av kulloksyd og hydrogen ved delvis forbrenning av et gassformet kull-hydrogenbrennstoff med oksygenanriket luft eller praktisk talt rent oksygen.

Syntetiske gassbladinger bestående ve-sentlig av kulloksyd og hydrogen er et viktig handelsprodutot for hydreringsreak-sjoner og som utgangsgass for syntesen for kullhydrogen, oksygeninneholdende orga-niske forbindelser eller ammoniakk.

Den delvise forbrenning av kullhydrogen i oksygenanriket luft eller i forholdsvis rent oksygen for derved å fremstille kulloksyd og hydrogen frembyr enkelte problemer som man i alminnelighet ikke støter på i brennerindustrien. Det kreves ikke alene en meget hurtig og intim blanding av stoffene, men særlige forholdsregler er nødvendige for å beskytte brenneren mot overheiting.

På grunn av oksygenets reaksjon på

det metall som i alminnelighet brukes til fabrikasjon av brennere er det av ytterste viktighet at brennerens deler hindres i å nå de temperaturer ved hvilke de utsettes for hurtig oksydasjon. I denne forbindelse er det viktig at reaksjonen mellom kullhy-drogenbrennstoffet og oksygen foregår

helt utenfor selve brenneren og at den lokaliserte konsentrasjon av brennbar blanding på eller ved brennerelementenes flater blir forhindret. Selv om reaksjonen foregår utenfor utløpsstedet fra brenne-

ren, så utsettes brennerelementene for strålevarme fra reaksjonen.

Utilstrekkelig blanding resulterer i slike konsentrasjoner av oksygen på be-stemte steder at det på disse steder vil finne sted omtrent fullstendig forbrenning av en del av brennstoffet hvorved store varmemengder blir frigitt. Uansett den brennertype som brukes til hvirvler av gassene danne brennbare blandinger tett ved brennerens overflater. Uten at disse flater holdes på en temperatur som ligger lavere enn blandingenes antennelsestemperatur, vil de tjene som flammeholdere hvor for-brenningen langs flatene snart vil forår-sake overheting og skade på brennerelementene.

Et annet problem som er særegent for denne reaksjon er den tendens som fritt kullstoff har til å danne seg enten på brenneren eller i reaksjonssonen, hvilket hovedsakelig skyldes utilstrekkelig blanding av stoffene og fører til skade på brenneren. Dannelse av kullstoff på brenner-flatene foregriper blandingen av stoffene og bevirker lokaliserte konsentrasjoner av oksygen med derav følgende overheting av brennerelementene ved kullstoffets forbrenning.

Ved vanlige brennere har det vist seg å være nødvendig å bruke overskudd av oksygen større enn det teoretiske for å hindre kullstoffdannelse. Dette forårsaker ofte

ugunstig høye reaksjonstemperaturer og

gjør kjølingen av brenneren vanskeligere. Dette problem blir ytterligere forverret ved

at det ved den delvise forbrenning av gasser er påkrevet å føre gassene til brenneren i sterkt forvarmet tilstand for å redusere oksygenforbruket og for å få et maksimum utbytte av det forlangte gassprodukt. Dette kompliseres ytterligere ved den kjens-gjerning at varmeoverføringen fra de høy-tempererte reaksjonsgasser til de kjølende konstruksjoner på brennerelementene må holdes på et minimum.

Av en eller flere av de foran angitte grunner kjennetegnes skade på de kjente brennertyper ved tæring av metall ved brennerspissene selv om disse har vann-kjøling. Og der hvor reaktantene er blan-det på forhånd og strømmer ut fra brenneren med strømningshastigheter som overstiger flammens forplantningshastig-het, vil de kraftig reagerende brennstoff-blandinger av oksygen og kullhydrogen virke tilbake langs en film av stadig til-stedeværende gass på flatene i den kanal eller åpning som de strømmer ut gjennom, hvilket resulterer i overheting og skade på brenneren.

Det er derfor en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en for syntetisk gassfremstilling beregnet brenner som retter på årsaken til feilene ved de kjente brenner-konstr uks j oner.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en forbedret brennerkonstruksjon med brenneråpninger etter valg og som er istand til å kjøle brennerspissene med et minimalt varmetap fra de forvarmede reaktanter.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en forbedret brennerkonstruksjon hvor det kan brukes de forskjelligste reaktanter.

Disse og andre hensikter med og for-deler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegningene. Fig. 1 er et oppriss av det samlede brenneraggregat. Fig. 2 er et skjematisk lengdesnitt av brennerspissen etter linjen 2—2 i fig. 4 og viser kjølekammeret i brennerens front-ende. Fig. 3 er et bruddstykke av et skjematisk lengdesnitt av ekspansjonsskjøten for brenneraggregatet i fig. 1, tatt etter linjen 3—3 i fig. 6. Fig. 4 er et tverrsnitt etter linjen 4—4 i fig. 2 av brennerspissen uten kjølekamme-ret og viser den skiftbare indre ledning i driftsstilling. Fig. 5 er et liknende snitt som fig. 4, men viser stillingen av den indre ledning under sammensetting av brenneren og før den er blitt sperret i driftsstilling. Fig. 6 er et riss av fig. 1 sett fra ven-stre ende og viser beliggenheten av den indre ledning når den er i driftsstilling. Fig. 7 er et liknende riss som fig. 6 og

svarer til tverrsnittet i fig. 5.

Fig. 8 er et riss som svarer til fig. 2, men viser brennerspissen i tilbaketrukket stilling i forhold .til brennerens forside. Fig. 9 viser en endring av brenneren etter fig. 8 med den indre lednings utløps-ende utstyrt med et kjølekammer. Fig. 10 er et tverrsnitt etter linjen 10 —10 i fig. 9 og viser kjølekammeret på den indre ledning. Fig. 11 er et bruddstykke av et tverrsnitt etter linjen 11—11 i fig. 9 og viser kjølemidlets innløps- og utløpskanaler i den indre ledning. Fig. 12 er et bruddstykke av et grunn-riss, delvis i lengdesnitt, og viser måten hvorpå innløps- og utløpsrøret for kjøle-midlet føres .til frontkjølekammeret. Fig. 13 er et bruddstykke av et ende-riss i samsvar med fig. 12.

Apparatet etter oppfinnelsen skulle løse det problem at gassgeneratorer må legges ned på grunn av feil og mangler ved brennerelementene fordi de får utilstrekkelig kjøling eller liknende.

I fig. 1 er hele brenneraggregatet betegnet med A, brennerspissen med B, eks-pansjonsskjøten med C, monteringsflensen med D, innløpet for kullhydrogenbrenn-stoffet, f. eks. naturgass, med E og oksygen-innløpet med F. En av forbindelsene for kjølemidlet er betegnet med G og det andre ligger på den diametralt motsatte side.

I fig. 2 er brennerspissen B vist i lengdesnitt med den indre ledning 10 for oksygen eller en oksygenanriket blanding med et utløp 11 og diametralt beliggende sperreknaster 12, 12 (se også fig. 4 og 5). En ytre ledning 13 med utløp 14 ligger i avstand fra den indre ledning 10 så det frem-kommer en ringformet kanal 15 som fører til åpningen 14. Denne er omgitt av et frontkjølekammer 16 for et passende kjøle-middel som til- og bortledes gjennom kjøle-middelledninger. Den ytre ledning 13 har parvis anordnede sperreknaster 17,17 og 18, 18 som samvirker med sperreknastene 12,

12 for å hindre overdrevet lengdebevegelse

av den indre ledning. Samtlige sperreknaster kan være utført i ett med sine respektive ledninger eller påsveiset disse.

Den ytre ledning 13 er også utstyrt med fire avstandstapper 19, fig. 4 og 5, som tjener til å holde den indre ledning i passende avstand fra den ytre. Disse avstandstapper kan også være utført i ett med den ytre ledning eller festet til denne på en eller annen passende måte, f. eks. ved presspasning i borede hull og derpå plugg-sveiset som vist.

Som det fremgår, særlig av fig. 4 og 5, er den indre ledning vist i sperret stilling, dvs. driftsstilling, i aggregatet, resp. under fastlåsingen eller utløsningen fra den ytre ledning. To av avstandstappene er her vist i flukt med sentrene på sperreknastene og for tydelighets skyld er kjøle-kammeret ikke vist i disse figurer.

Apparatet etter oppfinnelsen er utsatt for høye temperaturer under driften, hvor det ikke bare ligger i nærheten av reaksjonssonen, hvor gassfremstillingssyntesen i alminnelighet foregår ved ca. 1100° C og ofte ved 1650° C, men det leder også reaktanter som er forvarmet til forholdsvis høye temperaturer, f. eks. 480° C, før de strømmer ut i reaksjonssonen. Herav følger at det må tas konstruktive forholdsregler av hensyn til den store forskjell i utvidelse og sammentrekning av brennerens forskjellige elementer, hvilket skyldes ikke alene at brenneren utsettes for stråling fra den høytempererte reaksjonssone, men også at den tilføres varme fra de strømmende forvarmede gasser.

Det har vist seg at det omfattende temperaturområde som disse brennere ar-beider i, i høy grad medvirker til deres hurtige ødeleggelse, ikke bare med hensyn til tæring av metallet men også på grunn av at de spenninger som oppstår ved den gjentatte utvidelse og sammentrekking forårsaker skade på forbindelsesstedene mellom de forskjellige brennerdeler. Det er konstatert at brenner konstruksjonen etter oppfinnelsen ikke tar skade av disse ut-videlser og sammentrekninger, fordi denne konstruksjon omfatter bruken av en eks-pansjonsskjøt.

Fig. 3 er i større målestokk et bruddstykke av et lengdesnitt etter linjen 3—3 i fig. 6 og viser i detalj ekspansjonsskjøten C, fig. 1. Skjøten omfatter låseflensene 20 og 21 som er festet til henholdsvis den ytre ledning 13 og den indre ledning 10. Skjøten omfatter videre belgene 22 feset på huset eller hylsen 23, på hvilken er festet låseflenser 24 og 25. Belgene med hylsen om-gir den indre ledning 10 og er forbundet med såvel den indre som ytre ledning ved hjelp av festeinnretninger, f. eks. mutter-bolter 26, som tjener til å forbinde de til-støtende låseflenser med hverandre. Pak-

ninger 27 tjener til tetting mellom led-ningene og huset.

I tillegg til låseboltene 26 er hver av flensene forsynt med innrettingsringer 20a, 21a, 24a og 25a hvori er anbrakt en rette-stang 28. Hensikten med denne anordning blir forklart i det følgende.

Låseflensene 24 og 25 på huset 23 er hver forsynt med tre ører 24b og 25b for distansebolter 29 med muttere og tynne mellomlegg.

Ved monteringen av denne skjøt bringes brenneren opp på driftstemperatur og distanseboltene 29 anbringes i hull i ørene med mellomlegg mellom ørene og mutterne. Med brenneren på driftstemperatur trekkes mutterne for hånden an mot mellomleggene hvorpå mutterne låses fast og mellomleggene fjernes. B(renneren skal arbeide med tykkelsen av mellomleggene mellom mutterne og ørene, og distanseboltene tjener som sikring hvis sperreknastene 12, 12 resp. 17, 17 skulle gi etter.

I tillegg til brennerspissens distanse-tapper 19, som er festet på den ytre ledning for å holde den indre ledning i avstand fra den ytre, er det på den indre ledning tett ved ekspansjonsskjøten festet en distansering 10a bak brennstoffinnløpet, for å virke som delvis tetning mot lekkasje gjennom skjøten.

I fig. 6 og 7 er ekspansjonsskjøten vist i to forskjellige stillinger, dvs. med den indre ledning i sperret resp. i utløst stilling. Av disse figurer fremgår også på hvilken måte rettestangen 28 brukes og pilen i fig. 6 angir dreiningsretningen for utløsing av den indre ledning. Den indre ledning fjernes fra aggregatet ved at feste-boltene 26, som holder flensene 21 og 25 sammen, blir fjernet, hvorpå ledningen dreies til den i fig. 7 viste stilling. Når brenneraggregatet skal monteres med den indre ledning i sperret stilling som vist i fig. 6, bringes innrettingsringene i flukt med hverandre så rettestangen 28 kan set-tes inn gjennom dem og derved tjener som en foreløpig lås før boltene 26 anbringes på plass. Alternativt kan den indre ledning 10 fjernes sammen med ekspansjonsskjøten C ved at boltene 26 som holder flensene 20 og 24 blir fjernet.

Som det fremgår av fig. 4 og 5 har låseknastene en buelengde på ca. 45° som imidlertid kan gå opp i 90°. Men den min-dre buelengde er å foretrekke for å hindre skjermvirkning på reaktantstrømmen i den ytre ringformede kanal ved den inn-snevring som disse knaster forårsaker.

Selv om ødeleggelse av brennerspissen

på grunn av temperatur- og tæringsinn-

flytelse er tilstede ved normal drift av bren-

neren, så kan den hurtigste ødeleggelse av brennerspissens metall begrenses til den indre lednings utløpsåpning ved at oksy-

genet eller den oksygenanrikede luft føres gjennom denne ledning, hvorved lett ut-skiftbare ledninger, som beskytter andre brennerspissflater fra oksygen og primær-flamme, er en løsning på problemet. Leve-

tiden av brennerens ytre ledning er, ved å

føre brennstoffet gjennom den ytre led-

ning og ved å kjøle denne lednings utløp, forøket i sådan grad at den indre lednings levetid nu er den avgjørende faktor i bren-

nerens drift. Når driftstilstandene derfor krever at brennerspissen må skiftes må

derfor den indre ledning kunne byttes ut uten ulempene og omkostningene ved å

skifte ut et helt aggregat.

En utførelse av kjølingen for å for-

lenge brennerspissens levetid og derved forminske den hyppige utskiftning av tærede brenherelementer er omhandlet i U. S. patent nr. 2.928.459. Selv om det her omhandlede kjølekammer i og for seg er effektivt, så blir varmetapet av de forvarmede reaktanter til kjølekammeret større enn ønskelig og den fordel som for-varmning av reaktantene skulle gi vil bli redusert. Det har vist seg at brenner-

spissen kan kjøles like effektivt som ved kjente brenner typer ved at bare fronten på brenneren kjøles og bare med et forholdsvis lite varmetap ved overføring fra de forvarmede reaktanter til kjølemidlet.

Dette er oppnådd ved å anbringe kjøle-

rørene bare ved innløpet til og utløpet fra frontkjølekammeret og ved å vikle rørene rundt den ytre ledning slik at de bare får kontakt med overflaten av denne.

Denne konstruksjon er vist i fig. 2, 8

og 9, hvor fig. 8 og 9 viser den tilbaketrukne stilling av den indre ledning, slik at ut-løpsendene på den indre og ytre ledning slutter i en imaginær kjegleflate med en toppvinkel X på 60°.

Frontkjølekammeret dannes hoved-

sakelig av to med innbyrdes avstand lodd-

rett på den ytre lednings lengdeakse an-

brakte flenser slik at det dannes en kanal i det for flammen utsatte parti av brennerspissen. En ring 31 er sveiset eller på an-

nen måte festet til flensenes omkrets og lukker kanalen, men kjølekammeret kan også selvsagt lages på andre måter. Kjøle-midlets innløps- og utløpsrør 32 resp. 33 er,

som det fremgår av disse tre figurer, viklet rundt utsiden av den ytre ledning.

Av fig. 12 og 13 fremgår på hvilken

måte kjølemidlet bringes til å strømme gjennom frontkjølekammeret. Mellom inn-løpsåpningen 35 og utløpsåpningen 36 er det i kammeret 30 anbrakt en skillevegg 34 og kjølemidlets strømningsretning er an-

tydet med pilene.

Fig. 9 viser en endring med hensyn til den indre ledning som her er forsynt med kjøling. Kjølekammeret 37 ved utløpet av den indre ledning 10 kan fremstilles på en eller annen måte og kjølemidlet til — resp. bortføres gjennom kanalene 38 og 39. Måten hvorpå kjølemidlet sirkulerer gjennom kjølekammeret 37 svarer til den for front-kjølekammeret, idet det også her er anbrakt en skillevegg 40. Fig. 11 er et snitt etter linjen 11—11 i fig. 9 og viser den indre ledning i sperret stilling.

Den i fig. 2, 8 og 9 viste frontkjøling

av brenneren reduserer ikke bare tæringen ved utløpsendene av de indre og ytre led-

ninger, men resulterer også i en betrakte-

lig reduksjon av varmetapet fra de forvarmede reaktanter, samtidig som fabrika-sjonsomkostningene for kjøleanordningen blir betraktelig redusert. Hertil kommer at kjølerørenes levetid blir adskillig lengre ved at de beskyttes mot strålevarmen av frontkjølekammerets radiale flenser, uten at kjølevirkningen nedsettes. Det frittlig-

gende frontkjølekammer tjener som en skjerm hvor kjølevirkningen er begrenset til de deler av brenneren som er mest ut-

satt for varmen.

På grunn av den forskjell i hastighet

som kreves for tilfredsstillende tilførsel av de forskjellige brennstoff typer til forbren-ningskammeret, kan størrelsen varieres på

den indre ledning og dermed på den ringformede kanal som ligger mellom den indre og den ytre ledning. Ved valg av en pas-

sende størrelse på den ytre ledning og bru-

ken av en utskiftbar indre ledning med en utløpsende som har en utformning passende for det brennstoff som skal benyttes, kan det samme brenneraggregat brukes for så-

vel væskeformig som gassformig brenn-

stoff.

Monteringsflensen D tjener til å plasere brenneraggregatet på plass hvor det skal anvendes. Men da denne flens ikke utgjør noen del av oppfinnelsen vil den ikke bli nærmere beskrevet.

Claims (3)

1. Brenner for fremstilling av syntetisk gass, utstyrt med et ved brennerspissen anordnet kjølekammer med tilførings- og

bortføringsledninger for et kjølemiddel til resp. fra et kjølekammer, karakterisert ved at kjølekammeret danner en plan flate-aktig avskjerming, og dannes av nær ved hinannen anordnede flenser som strekker seg rettvinklet til brennerens lengdeakse fra det ytre brennerrør (13) ved brennerspissen (14) og av en forbindelsesring (31) som forbinder ytterkantene av disse to flenser med hinannen.

2. Brenner ifølge påstand 1, karakterisert ved en skillevegg (34) som strekker seg innover til det ytre brennerrør og deler kjølekammeret (16) på en slik måte at

innløps- resp. utløpsåpningen for kjøle-midlet kan plaseres like ved hinannen, dvs. på hver sin side av skilleveggen.

3. Brenner ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte tilførings- resp. bortføringsledning som er forbundet med det smale kjølekammer er kveilet omkring det ytre brennerrør (13) med i det høyeste bare overflatekontakt med dette.