NO830413L - Anordning ved brenner. - Google Patents

Description

Brennere'benyttes for å tilveiebringe varme i forskjellige prosesser, såsom ved fremstilling og behandling av væskeformede og gassformede petroleumsprodukter. Disse brennere forbruker brennstoffgass, vanligvis naturgass som er tilgjengelig på stedet, som kilde for varmeenergi. Mengden av brennstoff som forbrukes utgjør en reduksjon i mengden,som er tilgjengelig for salg og annen bruk. Ideelt maksimaliseres brennstofføkonomien ved et støpt geometrisk forhold mellom luft og brennstoff. Fra et utstrålingsstandpunkt kreves en liten mengde overskudd av oksygen for å minimalisere ufor-brente hydrokarboner. Den typiske brenner med ingen variabel luftstyring benytter imidlertid en overskuddsmengde av luft og overskudd av oksygen som er ineffektivt og bortkastet, da unødvendig luft blir oppvarmet i steden for å benyttes for den ønskede varmeoverføring.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en innretning for vesentlig reduksjon av brennstoffkravene i brennere som benyttes som varmekilder i forskjellige prosesser, i hvilke en variabel luftstyring benyttes for optimalisering av luf t-brennstof forholdet over området av varmeutbyttet ~fr.a brenneren.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en brenner med en variabel luftforrådskilde for optimalisering av luft-brennstofforholdet i en brenner med en lufttilførsel og en gass-brennstofftilførsel. En ventil med en variabel dimensjonerbar åpning er plassert i lufttilførselen for variasjon av volumet av luft som tilføres til brenneren. Den før.ste> innretning er forbundet med ventilen for bevegelse av ven-tilinnretningen for reduksjon av volumet av luft. En trykkreagerende innretning er forbundet til ventilen for bevegelse av ventilen i en retning for økning av luftvolumet. Den trykkreagerende innretning er forbundet til og reagerer på trykket i brennstofftilførselen for derved nøyaktig å variere lufttilførselen i forhold til mengden av brennstoff som benyttes av brenneren.

Et videre trekk ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en variabel luftstyring for bruk på en brenner i hvilken ventilen er beregnet på å plasseres i lufttilførse-len og innbefatter en åpning som øker i størrelse fra en første ende til en andre ende. Ventilen innbefatter et ventilelement som er bevegelig i åpningen for variasjon av volumet av luft som tilføres av brenneren. Forspenningsinnretninger er forbundet til ventilelementet for bevegelse av ventilelementet mot den første ende av åpningen for reduksjon av luftvolumet. Trykkreagerende innretninger er forbundet til ventilen for bevegelse av ventilen mot den andre ende av åpningen for økning av luftvolumstrømmen, og den trykkreagerende innretning er forbundet til og reagerer på trykket i gassbrennstofftilførselen til brenneren.

Ytterligere en hensikt med foreliggende oppfinnelse er tilveiebringelse av en innretning for luftstyring hvor åpningen er avsmalnet og ventilelementet beveges koaksialt i åpningen.

Ytterligere en hensikt med foreliggende oppfinnelse er tilveiebringelsen av en luftforbiføring i ventilen for tillatelse.; : av en delstrøm av luft gjennom ventilen til alle tidspunkter for å gi et minimums..luftkrav for hjelpedrift og lavbrennstofftrykkbetingelser.

Det er videre en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en innretning hvor ventilen innbefatter innstillbare innretninger for variasjon av forbiføringen av luft gjennom ventilen.

Dessuten er det en hensikt med oppfinnelsen å for-bedre en variabel luftstyring for optimalisering av luft-brennstofforholdet i et oppvarmingsapparat med en brenner og en hjelpetenner som er forbundet til en trykkstyrt tilførsel av brennstoffgass og en flammesperre gjennom hvilken en til-førsel av luft strømmer til brenneren. Den variable luftstyring innbefatter en ventil som er plassert hosliggende til gnistfangeren, inneslutter lufttilførselen til brenneren og innbefatter en sirkulært avskrånet åpning. Ventilen innbefatter et sirkulært plateelement som er bevegelig i den avsmalnede åpning med fjærinnretninger forbundet til platen for bevegelse av platen i én retning for.reduksjon av luft volumet. En trykkreagerende membran er forbundet til platen for bevegelse av platen i en retning for økning av luftvolumet, og membranen er forbundet til og reagerer på gassbrenn-stofftilførselen nedstrøms for trykkstyringen.

Andre og videre hensikter, trekk og fordeler vil fremgå av - den følgende beskrivelse av en foretrukket utførel-se av oppfinnelsen, som er illustrert på tegningen, som viser: fig. 1 et skjematisk riss av et generelt brenner-oppvarmingssystem, hvor foreliggende oppfinnelse anvendes,

fig. 2 et typisk diagram som illustrerer mengden av overskuddsoksygen i forhold til trykket i brennerens brennstoff tilførsel ved de tidligere kjente brennere,

fig. 3 et diagram som illustrerer overskudd av oksygen mot brennerens brennstofftilførselstrykk ved foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 et forstørret tverrsnitt av den variable luftstyring ifølge oppfinnelsen benyttet i lufttilførselen til en brenner, og

fig. 5 et forstørret delriss av en luftforbiføring.

Mens foreliggende oppfinnelse kan benyttes i for-bindelse med en brenner i forskjellige prosesstyper, er det av illustrasjonsgrunner på fig. 1 vist et system som generelt er betegnet med henvisningstallet 10, og som er beregnet for oppvarming av et prosessfluidum i et 'olje- og gassproduk-sjonsutstyr. Prosessfluidumet 11 er mens det oppvarmes an-bragt i en beholder 12, gjennom hvilken prosessfluidumet 11 strømmer. Oppvarmingen gjennomføres ved varmeoverføring fra brennerrøret 14 i hvilket det foreligger produktene fra for-brenningen av et brennstoff, enten gass eller væske, og vanligvis naturgass.

Primærluft og brennstoffgass kombineres i en bren-nerblander 16 og føres ut gjennom brennerspissen. Denne-første brennstoff-luftblanding blir så kombinert med ekstra luft og forbrent i forbrenningssonen 18 til brennerrøret 14. Brenneren 16 er montert i et brennerhus 20 med brennerspisse-ne ragende inn i brennerrøret 14. En hjelpetenner 22 er plassert nær brenneren 16 for tenning av brenneren ved behov. Luft går inn i brennerhuset 20 gjennom en flammesperre 24. Differansialtrykket som er nødvendig for å trekke lufttil-førselen gjennom flammesperren 24 inn i brennerhuset 20 pluss trykket som er nødvendig for å overvinne friksjonstap i brennerrøret 14 og skorstenen 26 er tilveiebragt ved den kom-binerte effekt av skorstenstrekk og den momentane økning av gassene i forbrenningssonen 18. Forbrenningsproduktene strømmer ut av systemet 10 gjennom en skorsten 26.

Temperaturene for prosessfluidumet i beholderen

12 holdes konstant med en termostat 28 som regulerer trykket for brennstoffet som tilføres til brenneren gjennom ledningen 31. Generelt kan det benyttes to typer termostat/motorven-tilvirkninger. Den ene har. en "snepp"-virkning hvor brennerbrennstofftrykket fra en tilførsel 32 er et helregulert til-før selstrykk eller er lik null. Med denne virkning vil en liten økning i fluidumtemperaturen for prosessfluidumet 11 i. beholderen 12 over det innstilte punkts temperatur avføles med termostaten 28, noe som resulterer i lukking av motorventilen 30 som stenger av brennstoff. Alternativt vil en liten reduksjon i temperaturen i beholderen 12 under det innstilte punkt resultere i en full åpning av motorventilen 30. En andre type termostat/motorventilvirkning er betegnet "strup-ning" og resulterer i et brennertilførselstrykk som konti-nuerlig reguleres for å holde den innstilte temperatur. Med denne virkning holdes brennertilførselstrykket tilnærmet konstant hvis ikke varmebelastningen for systemet forandres, slik det bevirkes ved en forandring i atmosfæriske betingel-ser eller en forandring i strømningshastigheten for prosess-fluidet i beholderen 12. I et slikt tilfelle vil termostaten 28 strupe motorventilen 30. Sistnevnte type ventilvirkning er generelt foretrukket, da den er mer effektiv og sparer 'energi.

Generelt er systemet beskrevet så langt på fig. 1 av vanlig type. Ideelt sett bør systemet bli innstilt slik at det er tilnærmet 5 % overskudd av oksygen ved det høyeste brennstofftrykk som benyttes. Jo lavere trykkene er eller bare med hjelpeanordningen,wil imidlertid overskuddet av oksygen øke når brennertilførselen avtar. I den senere tid har de fleste systemer ikke blitt innstilt for å gi den ide-elle luft-brennstoffblanding, men i stedet for å gi en fast brennerkonstruksjon og en brenneråpning som gir en flamme som "ser godt ut" og "lyder godt" og gir en egnet varme. De typiske resultater 35, som vist på fig. 2, gir overskudd av oksygen ved de.fleste tilførselstrykk, som langt overskrider de-ønskede 5 % overskudd av oksygen som maksimalt tall. Re-sultatet i den vanlige brenner er at overskudd av brennstoffgass blir brent for å oppvarme overskuddet av luft.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot å tilveiebringe et overskuddsoksygeninntak, slik det best fremgår av fig. 3 ved kurven 37, som varierer fra ca. 3 - 5 % over hele området av brennerbrennstofftilførselstrykk, noe som resulta-rer i oprimal brennstofføkonomi med minimum utstrålinger.

En annen fordel er at foreliggende system stabiliserer for-brenningen, noe som reduserer brennerflammeutganger. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot å tilveiebringe en variabel styring for å gi et særlig lavt nivå av overskuddsoksygen over området for brennerens brennstofftilførselstrykk, noe som resulterer i en betydelig reduksjon, så mye .som 50 %, i den krevede brennstoffgasstrømningshastighet i sammen-ligning med de vanlig faste luftstrømningskonstruksjonssyste-mer som benyttes i dag.

Under henvisning nå til fig. 1 og 4 er den foretrukkede utførelse av oppfinnelsen vist, som automatisk inn-stiller og styrer tilførsel av luftstrøm til brennerhuset 20 for å oppnå deønskede overskuddsoksygenegenskaper 27,..som vist på fig. 3. Den variable luftstyring ifølge foreliggende oppfinnelse [er generert~lmtydet med fhénvIshThgstållet 40, og denne er fortrinnsvis plassert i lufttilførselen, f. eks. forbundet oppstrøms til flammesperren 24,og inneslutter og styrer lufttilførselen for [optimalisering av luft-brennstofforholdet for brenneren 16. Styringen 40 er en ventil med et hus 42 med en variabel dimensjonerbar åpning 44. Således innbefatter huset en indre vegg 46 som øker i størr-else fra en første ende 48 til en andre ende 50. Veggen 46 er fortrinnsvis avskrånet og danner således en konisk delåp-ning 44. Ventilen 40 innbefatter et ventilelement 52, såsom en sirkulær plate som er aksielt bevegelig i åpningen 44 for forandring av arealet til den ringformede styringsåpnings-flate A mellom veggen 4 6 og den ytre kant 54 av platen 52. Fortrinnsvis er det en luftforbiføring i ventilen, såsom flaten AQ, ved alle tidspunkter, noe som gir en minimumsmengde for luftstrøm gjennom ventilen 40 for tilfredsstillelse av oksygenkravet for hjelpetenneren 22.

Platen 52 er montert på en bevegelig stav 56 som er glidbar gjennom en vegg i huset 58 og festet til en andre vegg 60. Egnede forspenningsinnretninger, såsom en eller flere fjærer 62 og 64, er anordnet mellom veggene 58 og 60 for ettergivende å tvinge platen 52 i en retning for reduksjon av volumet for luftstrømmen gjennom åpningen 44. Således vil fjærene 60 og 62 tvinge platen 52 mot den første ende 48 av den avsmalnede vegg 46. Trykkreagerende innretninger, såsom en membran 66, er anordnet i huset 58 og på veggen 60 og er således forbundet til ventilelementet 52 for bevegelse av ventilelementet 52 i én retning for økning av volumet av luft. Membranen 62 er frilagt mot en åpning 68 i huset 58 som er forbundet over en ledning 70, slik det best er vist på fig. 1, til nedstrømssiden av motorventilen 30 og er således forbundet med trykkstyringsforrådet for brennstoffgass som tilføres til brenneren 16. Derfor vil øket trykk i brennstoffgassen virke på membranen 68 og bevege ventilen 52 mot den andre ende 50 av den avsmalnede vegg 4 6 for økning av ringarealet mellom platen 52 og veggen 4 6 for økning av luftvolumet. Når veggen 4 6 er avsmalnet, vil arealet A for ventilåpningen bli variert tilnærmet lineært med brennstoffgassen under trykk.

Mens den foretrukkede utførelse viser en variabel luftstyring som reagerer på trykket til brennstoffgassen, kan væskeformet brennstoff bli benyttet,cog innretningen vil virke riktig. Også andre innretninger kan bli benyttet for å åpne luftventilen 52, såsom en elektrisk drevet servomotor eller lineær betjent motor som reagerer på den elektriske

utgang til en termostat 28 for å bevege luftventilen 52.

Den tilnærmede flate A mellom den ytre kant 54 på platen 52 og veggen 46 til åpningen 44 kan tilnærmet bestemmes som: A = A + C x P.

o

I denne ligning er:

A = det effektive ringrom mellom luftstyringsplaten og den

avsmalnede ytre vegg til hovedhuset,

AQ= den første åpne flate med plate ikke avbøyet (x = o),

P = brennergasstrykk,

C = en konstant.

Denne ligning angir at ringflaten A er en lineær funksjon av brennertrykket. Forsøk har vist at et slikt flate-trykkforhold vil gi denønskede luftstyring, følgelig gi riktig overskudd av oksygen-trykkegenskaper i et system som vist på fig. 1. Andre systemtyper kan kreve en ikke-lineær styring. Konstanten C kan varieres, som krevet, ved forandring av antall styringsfjærer 62 og/eller 64 og/eller fjær-kvaliteten (stivheten) for styringsfjærene. Verdien for AQ varieres ved forandring av luftstyringsplatens 52 diameter,

ved forandring av den første aksiale posisjon for luftstyringsplaten 52 eller med et variabelt forbiføringshull 72.

Forbiføringshullet 7 2 kan bliøket eller redusert

i størrelse ved bevegelse av en innstillbar plate 74 som er dreibart forbundet til platen 52 over en tapp 76. Innstilling av platen 74 kommer i tillegg til den effektive verdi for flaten A o . Innstilling 3 av A o har den største effekt p cå overskuddsoksygeninnholdet ved lavt eller null brennertrykk. Med null brennerbrennstofftrykk utgjør AQ luftstyringsflaten for bare hjelpetenneren.

Etter installasjon av den variable luftstyring 40 kan styreren kalibreres og innstilles for å gi de ønskede overskuddsoksygengrenser, ;s:om illustrert i kurven 37 på fig.

3. Således kan en prøvesonde som er forbundet til et oksy-geninnholdsinstrument bli innsatt i skorstenen 26. Med bare hjelpetenneren 22 tent, kan flaten AQ bli innstilt ved hjelp av den innstillbare plate 74 for å gi ønsket overskudds-oksygenavlesning. Brennerbrennstofftrykket vil så gradvis bli øket fra null og overskudd av oksygen iakttatt og målt over det normale brennerbrennstof f trykkområde.. Hvis krevet kan antall fjærer 62 og 64 bli øket, redusert eller gjort stivere eller svakere som krevet for å gi ønskede oksygen-overskuddsavlesning når brennerbrennstofftilførselstrykket varieres.

Foreliggende oppfinnelse er derfor velegnet for oppnåelse av de innledningsvis skisserte hensikter. Det viste eksempel er bare en foretrukket utførelse, og mange variasjoner er mulig innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (10)

1. Variabel luftstyring for bruk på en brenner med en lufttilførsel og en brennstofftilførsel for optimalisering av luft-brennstofforholdet,karakterisert vedat den omfatter en ventil med en variabelt dimensjonert åpning plassert i lufttilførselen for variasjon av luftvolumet som tilføres til brenneren, en første innretning forbundet til ventilen for bevegelse av ventilen i én retning for reduksjon av luftvolumet, en trykkreagerende innretning som er forbundet til ventilen for bevegelse av ventilen i én retning for økning av luftvolumet.

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisertved at ventilstørrelsen for ventilåpningen varieres lineært.

3. Apparat ifølge krav 1,karakterisertved at den første innretning er en spenninnretning.

4. Apparat ifølge krav 1,karakterisertved at ventilen innbefatter en avskrånet åpning og et ventilelement som er bevegelig i den avskrånede åpning.

5. Apparat ifølge krav 1,karakterisertved at ventilen innbefatter innstillingsinnretninger for en varierende forbiføring.av luft gjennom ventilen.

6. Apparat ifølge krav 1,karakterisertv eod at ventilåpningen bestandig er delvis åpen.

7. Variabel luftstyring for bruk på en brenner med en lufttilførsel..og en brennstofftilførsel for optimalisering av luft-brennstofforholdet,karakterisert vedat den omfatter en ventil beregnet på å plasseres i lufttilførselen og innbe-fattende en åpning som øker i størrelse fra en første ende til en andre ende, hvilken ventil innbefatter et ventilelement som er bevegelig i åpningen for variasjon av volumet av luft som tilføres til brenneren, spenninnretninger som er forbundet til ventilelementet for bevegelse av ventilelementet i åpningen.i én retning for reduksjon av volumet av luft, trykkreagerende innretninger forbundet til ventilen for bevegelse av ventilen i én retning for økning av volumet av luft, hvilken trykkreagerende innretning er forbundet med og reagerer på trykket i brennstofftilførselen, og en luftforbiføring:, i ventilen for å tillate en delstrøm av luft gjennom ventilen.

8. Apparat ifølge krav 7,karakterisertved at åpningen er avskrånet og at ventilelementet beveges koaksialt i åpningen.

9. Apparat ifølge krav 8,karakterisertved at ventilelementet innbefatter innstillingsinnretninger for variasjon av forbiføringen av luft gjennom ventilen.

10. Oppvarmingsapparat med en brenner og en hjelpetenner forbundet med en trykkstyrt tilførsel av brennstoffgass og en flammesperre ved hjelp av hvilken en tilførsel av luft strømmer til brenneren,karakterisert veden variabel styring for optimalisering av luft-brennstoff-forholdet, som omfatter en ventil beregnet på å plasseres nær flammesperren og om-sluttende lufttilførselen til brenneren, hvilken ventil innbefatter en sirkulær avskrånet åpning som øker i størrelse fra en første ende til en andre ende, hvilken ventil innbefatter et sirkulært plateelement som er bevegelig i åpningen for variasjon av volumet av luft som tilføres til brenneren, fjærinnretninger forbundet til platen for bevegelse av platen til den første ende av åpningen for reduksjon av volumet av luft, en trykkreagerende membran som er forbundet til platen for bevegelse av platen mot den andre ende av åpningen for økning av volumet av luft, hvilken membran er forbundet til og reagerer på gassbrennstofftilførselen nedstrøms for trykkstyringen, og en luftforbiføring i ventilen rundt ventilplaten for bestandig å tillate en delstrøm av luft gjennom ventilen.