DK146664B - Blaatbraendende oliebraender - Google Patents

Description

146664

Opfindelsen angår en blåtbrændende oliebrænder som nærmere angivet i krav l's indledning»

Blåtbrændende oliebrændere forudsætter, at den olie, som skal forbrændes, er forgasset helt før forbrændingen. Driften af en oliebrænder med blå flamme har den fordel, at den kan arbejde med ekstremt lille luftoverskud, så at der foregår en næsten støkiometrisk forbrænding. Da forbrændingen arbejder med et meget lille luftoverskud, fås der en meget varm flamme, som udnytter brændstoffets energi optimalt og medfører en forbedret varme-overgang. Desuden indeholder forbrændingsgasserne meget få skadelige stoffer såsom sod, nitrogenoxider og SO^ i sammenligning med forbrændingsgasserne fra en optimal indstillet oliebrænder med gul flamme.

Ved en kendt oliebrænder af den angivne art ligger blandingsrøret i et cylindrisk kammer med vinkelret på blandingsrøraksen stående akse, i hvis væg der findes åbninger for tilføring af sekundærluft, foran hvilke åbninger den ved hjælp af blandingsrøret oparbejdede luftfattige gasblanding da arbejder med blåtbrændende flamme (Proc. World Petr. Congr., 7th, Volume 7, Sect on Application and New Uses. Part 1, Seiten 125/126-1967; Zeit-schrift Oel + Gas. 11/62, Seite 15).

Der kendes endvidere en brænder med en i brændermundstykket efter olieforstøvningsdysen anbragt opstuv-ningsskive, ved hvilken der i strømmen for den ved brændermundstykket udtrædende flamme tillige findes en injektoragtig og som varmeveksler virkende forsats til delvis tilbageføring af forbrændingsgasserne til den udviklede flamme med henblik på yderligere opvarmning og efterforbræn-ding. Forsatsen består af et i forhold til brændermundstykket koaksialt ydre flammeføringsrør, i hvilket der koaksialt er anbragt et i strømningsretningen afsmalnet . rør, med hvilket forbrændingsgassernes tilbageføring fremtvinges. Flammeføringsrøret og inderrøret har et forhold for N:D = ca. 0,72. Forholdet mellem diameteren for kammer og rør ligger ved 2 (DE-Offentliggørelsesskrift 20 59 693).

2 146664

Ved en yderligere kendt forsats af den sidstnævnte art (Zeitsehrift 01 & Gas 10/67, side 41, fig. 13, øverste del) er det koaksialt i flammeføringarøret liggende rør udformet cylindrisk, Flammeføringsrøret, der ved sin udløbsende er forsynet med en indsnøring, har et forhold for 1:1 = ca. 1,35, og inderrøret et forhold for 1:1 = ca, 1,65. liameterforholdet mellem flammeføringsrøret og inderrøret ligger ved 2,8.

Ved anvendelsen af sådanne forsatse kan der ved passende valg af luftoverskudsforholdet fås en forbrænding med blå flamme.

ler kendes endvidere en oliebrænder til næsten støkiometrisk drift, hvor forbrændingsluften tilføres gennem en ringformet drivdyse, som er udformet i det indre af et blandingsrør, og som ved injektorindvirkning bevirker en tilbagestrømning af varme forbrændingsgasser fra et efter blandingsrøret liggende brændkammer. Olien indsprøjtes over en koaksialt i forhold til blandingsrøret liggende trykforstøverdyse før drivdysen i de recirkulerende forbrændingsgasser og behandles derved termisk og kemisk, før den blandes med forbrændingsluften og tilføres den egentlige forbrændingsproces, len af de recirkulerende forbrændingsgasser omskyllede trykforstøverdyse kræver da en særlig afkøling, som bevirkes af cirkulerende brændstofoverskud. lenne brænder har efter blandingsrøret et kort brændkammer med en ildfast foring. Udformningen af drivdysen inde i blandingsrøret medfører en kompliceret form, som kun er realiserbar i støbegods ved små ydelser og giver blandingsrøret en betydelig masse (Zeitsehrift 01- und Gasfeuerung, 1967, side 656-662).

let er den foreliggende opfindelses mål at anvise en blåtbrændende oliebrænder af den angivne art, som i forbindelse med simpel konstruktion sikrer en høj driftssikkerhed, og hvor forbrændingen i stor udstrækning er uafhængig af størrelsen og formen af fyrrummet.

let angivne mål nås ifølg'e opfindelsen ved den i krav l's kendetegnende del anførte konstruktion.

Fordelagtige udførelsesformer fremgår af de.«selvstændige krav.

146664 3

Opfindelsen skal forklares nærmere i forbindelsen med tegningen, som viser et udførelseseksempel i form af et længdesnit gennem en oliebrænder ifølge opfindelsen med tilhørende overvågnings- og tiIførselsindretninger.

Den viste brænder 2 har et kammer 4, hvori der på gængs måde er anbragt en trykforstøverdyse 6 ved enden af et olieførselsrør 8, Olien indføres i røret 8 over en oliepumpe 10, som drives af en motor 12, som samtidig på gængs måde driver en blæser 14, Pumpen 10 transporterer olien over en håndbetjent drøvleventil 16 og en magnetventil 18 til olieledningen 8 med forstøverdysen 6, Blæseren 14 transporterer luften over en luftkanal 20 til kammeret 4 over en drøvleventil 22 med en luftklap 24, som er indstillelig ved hjælp af en motor 26, Yed hjælp af et på olierøret 8 anbragt fastholdelsesorgan 28 er der anbragt et tændelektrodepar 30, som stør i forbindelse med en tænd-transformator 32.

I afstanden 1^ fra trykforstøverdysens 6 munding findes der en blænder 34 med en blænderåbning 36, som ligger koaksialt med dysens akse. I afstand fra blænderåbningen 36 er der anbragt et blandingsrør 38, som ved hjælp af fastholdelsesribber 40 er fastgjort til blænderen 34. Blandingsrøret 38 ligger i et ydre rør 42, som udgør flamme-røret.

Diameteren D^ af blænderåbningen 36 og anbringelsen og dimensioneringen af blandingsrøret 38 og af flamme-røret 42 står i bestemte kritiske forhold til hinanden, som det skal beskrives i enkeltheder i det følgende.

Forstøverdysen skal være indstillelig i akseretningen, så at man kan forandre den passerende luftmængde og tilledningen af forstøvet olie og således opnå en optimal blandingsdanneIse,

Blænderdiameteren D^ skal vælges således, at luften ved et luftafleveringstryk fra blæseren 14, som svarer til det i almindelige oliebrændere gængse tryk, strømmer gennem brænderåbningrn 36 med en i forvejen bestemt hastighed, idet blænderåbningen er den eneste gennemgangs- 4 U6664 åbning for forbrændingsluft.

Diameteren D^ af det runde blandingsrør 38 andrager fortrinsvis det 1,4-1,45-dobbelte af blænderdiameteren Dj og mindst det 1,25-dobbelte og højst det 1,7-dob-belte. længden af blandingsrøret er mindre end eller lig med det 1,75-dobbelte af blandingsrørets diameter D^, og fortrinsvis er = 1,5 D^, Under visse omstændigheder er også et forhold i D^ έ i nok.

Afstanden for blandingsrøret 38 fra væggen 34 er valgt således, at der fås et radialt gennemstrømningstværsnit, som i det mindste er det 1-3-dobbelte af forskellen mellem blændertværsnittet og blandingstværsnittet.

Diameteren Dg af flammerøret 42 andrager omtrent det dobbelte til det 2,5-dobbelte af diameteren D^ af blandingsrøret, og forholdet mellem længden 12 °S diameteren Dg af flammerøret andrager omtrent (2,5 til 3) il.

Til trykforstøverdysen 6 er en forstøverkegle på 60-80° hensigtsmæssig. Særlig gode resultater opnås med en dyse med hulforstøvningskegle, leå indkoblingen af oliebrænderen indkobles på gængs måde først motoren 12.

Samtidig lukkes drøvleklappen 24, hvis den ikke allerede er blevet lukket ved udkoblingen af oliebrænderen. Kort tid senere lægges der spænding over tændelektroderne 30, hvorpå magnetventilen 18 åbnes, så at den af oliepumpen 10 transporterede olie kommer ind i trykforstøverdysen 6. Samtidig blæses der over blæseren 14 luft ind i kammeret 4. Den udtrædende blanding antændes ved hjælp af tændelek-troderne. Der danner sig da en flamme i den foran den i strømningsretningen bageste ende af blandingsrøret 38 liggende del af flammerøret 42, Samtidig med antændelsen åbnes drøvleklappen 24 ved hjælp af reguleringsorganer til driftsstilling. Blænderdiameteren 36 er dimensioneret således, at luften i blandingsrøret 38 har en sådan hastighed, at smådråberme af forstøvet olie ved åben luftdrøv-leklap ikke rammer den indre væg af blandingsrøret 38.

146664 5

German luf tke mest rålen suges der over ring rummet om blandingsrøret 38 fra flammens bagside oxygenfattig forbrændingsgas til den i strømningsretningen forrest liggende bagside af blandingsrøret. Disse varme forbrændingsgasser omslutter kernestrålen og afgiver varme til kerne-strålen. Et yderligere kriterium for dimensioneringen af blænderåbningen og lufthastigheden ligger i, at lufthastigheden i blandingsrøret 58 skal være større end flammeforplantningshastigheden, så at det sikres, at flammen brænder i nogen afstand foran den længere henne i strømningsretningen liggende ende af blandingsrøret 58, Af de givne driftsbetingelser udledes samtidig den mindate afstand af den mod blænderen 54 vendende ende af blandingsrøret 58 fra blænderen 54. Denne afstand skal vælges således, at de recirkulerende gasser med så lille tab som muligt kan strømme ind i blandingsrøret 58 og blande sig med kernestrålens olietåge-luftblanding med henblik på varmeveksling. Ved forsøgsbrændere har man fundet, at følgende dimensioner er gunstige: 1. Ved anvendelse af en trykforstøverdyse med en kapacitet på 2,27 r 2,S5?Xiter^ blænderdiameter D^ 25,5-26 mm indvendig diameter af blandingsrøret D1 35 mm indvendig diameter af flammerøret Dg 76 mm fås der i hele kapacitetsområdet meget stabile blåtbrændende flammer.

2. Ved anvendelse af en trykforstøverdyse med en kapacitet på 2,95^4,00 l../h forøges under opretholdelse af de øvrige dimensioner blændens 36 diameter D^ til 25-31 mm.

Også her fås der stabile blåtbrændende flammer i hele kapacitetsområdet.

En til fabrikation beregnet serie har følgende hoveddimensioner (alle mål i mm); 146664 6 dyse 60

Model Dj Dg D^ Lj lg liter/h 1 36 77 23,5 57 225 2,27 9 2 36 77 26 57 225 2,95 9 3 36 77 29 52 225 3,41 14

Ved alle modeller andrager afstanden af dyseåbningen fra den forreste kant af luftblænden 2 mm .

På prøvestand konstateres for alle modeller overholdelsen af følgende forbrændingsværdier: COg = 15$ (tilnærmelsesvis teoretisk maksimum) sod = 0 CO = 0,01$

Piamme overvågningen foretages ved blåt-brændende oliebrændere ikke mere optisk. Til sikring af en sikker automatisk drift for den blåtbrændende flamme er overvågning ved hjælp af en ionisationsdetektor 44 mulig, som på gængs måde er sluttet til en styreindretning 46, ved hjælp af hvilken i tilfælde af slukning af flammen olietilførslen afbrydes ved lukning af ventilen 18, og motoren 12 kobles ud. Over styreindretningen udkobles også tændingen på gængs måde efter dannelsen af flammen, I praksis har det vist sig at være væsentligt, at blandingsrøret 38 udformes med en så lille volumenmasse som muligt ved givne dimensioner, altså med så lille vægtykkelse som muligt. Det opnås da, at blandingsrøret 38 antager lys rødglødning, hvorved en væsentlig del af de re-cirkulerende varmegassers varme overføres til blandingen af luft og oliesmådråber som strålingsvarme, hvorved der atter sikres en fuldstændig forgasning uden anslag af oliesmådråberne mod varme overflader. Ved de nævnte forhold .

Il : Dj for blandingsrøret opnås, at blandingsrøret i hele sin længde omspules af oxygenfattige forbrændingsgasser, så at der i tilfælde af blandingsrør af varmefaste stål ikke sker nogen udpræget tæring eller forbrænding af blandingsrøret. Blandingsrøret kan også bestå af varmebestan-dige keramiske materialer.

Fastholdelsen af blandingsrøret 38 kan i stedet 7 14666Λ for ved hjælp af aksiale arme 40 også ske ved hjælp af radiale arme, som da fastgøres på indersiden af flammerøret 42,

Da der ved støkiometrisk forbrænding i flammerøret 42 praktisk taget ikke er noget frit oxygen til stede, kan flammerøret 42 også bestå af varmefast stål, uden at der må befrygtes noget slid ved oxidation. Der er naturligvis den mulighed, at man også fremstiller flammerøret 42 af et varmebestandigt keramisk materiale eller benytter et stålrør med en varmebestandig keramisk udforing.

Det er endvidere muligt at udforme flammerøret med afkøling f.eks. køling ved hjælp af vand til opvarmningsformål. Flammerøret kan da f.eks. være en del af en varme-kedelveksler. Til afkølede flammerør er det ikke nødvendigt at benytte yderst varmebestandige materialer.

Forbrændingen i den beskrevne oliebrænder er i vid udstrækning uafhængig af størrelsen og formen af kedlens ildrum. Under meget ugunstige betingelser kan der imidlertid optræde resonnansfænomener i tændfasen. Disse kan undgås ved, at flammerørets 42 væg i området for flammefronten forsynes med nogle, boringer. Støjelimineringen kan også opnås ved en ændring af flammerørstværsnittet. F.eks. kan man benytte en konisk udvidelse, eller man kan give flammerøret et stjerneformet tværsnit, startende fra flamme området.

Et særligt problem ved blåtbrændende oliebrændere består i opnåelsen af en sikker tænding under alle drifts- · betingelser. Ifølge opfindelsen opnås en sådan sikker tænding ved, at brænderen i tændingsøjeblikket drives med en i forhold til den nominelle belastning under støkiometrisk luftmængde. Til dette formål anbringes luftdrøvle-ventilens 22 luftklap 24 ved hjælp af servomotoren 26 i en passende udgangsstilling, så at der ved en fornyet tænding kan transporteres en tilsvarende indstillet understøkiometrisk luftmængde ind i kammeret 4» Efter tændingen af olien drejes luftklappen 24 ved hjælp af servomotoren 26 i sin åbne stilling, hvor den til den støkiometriske forbrænding nødvendige luftmængde slippen igennem.

8 146684

Servomotoren 26 kan indkobles samtidig med åbningen af magnetventilen 18, hvorved der da ved hjælp af en ud-vekslingsmekanisme og eventuelt supplerende elektriske reguleringselementer opnås den fornødne endelige tidsforsinkelse. Denne arbejdsmåde har den fordel, at luftmængden forøges kontinuerligt. Indkoblingen af motoren kan også foretages i afhængighed af konstateringen af flammen over ionisationsindikatoren 44. Som drivorgan for luftklappen kan man benytte en magnet med kendte forsinkelsesmidler. Em forsinkelse kan også sikres både for en magnet og for en servomotor ved hjælp af en varmeledermod-stand. Det har vist sig, at det normalt til en sikker tænding er nok at starte med en understøkiometrisk luftmængde i 3-5 sekunder. Man har konstateret, at der i løbet af dette tidsrum opnås en stabil recirkulationsstrømning under samtidig opvarmning af blandingsrøret på driftstemperaturen. Ved den beskrevne start med understøkiometrisk luftmængde konstateres der ingen soddannelse. Sandsynligvis er den til enhver tid i kedlens ildrum forhåndenværende luftmængde: nok til at stille den fornødne oxygenmængde . til rådighed. Afhængigt af de pågældende kedelbetingelser kan det være nødvendigt at forlænge tidsrummet indtil fuldstændig åbning af drøvleklappen til 6-10 sekunder,

Generelt er det vigtigt for en sikker tænding at starte brænderen med en i forhold til lufthastigheden ved fuld belastning reduceret hastighed. Ved start i rummet 4 har et overtryk på 23-25 mm vandsøjle vist sig hensigtsmæssigt i forhold til et overtryk på 45-55 mm.vandsøjle ved drift med fuld belastning.

Ved anvendelse af en hydraulisk betjent servomotor kan der som trykvæske benyttes den af pumpen 10 komprimerede brændselsolie.

Det kan under visse omstændigheder også være hensigtsmæssigt at benytte midler, ved hjælp af hvilke der foruden en drøvling af luftstrømmen muliggøres en start af brænderen med en drøvlet oliemængdestrøm. Oliemængdestrømmen bringes da op til fuld ydelse i samme tidsrum, 146664 9 hvori de ovenfor bliver angivet for luftmængdestrømmen.

Det er da muligt ved starten at holde udstrækningen af den understøkiometriske drift lille og i idealtilfælde også allerede ved brænderens start at overholde støkiometriske forbrændingsbetingelser.

En forudsætning er det, at forstøvningen af olien også ved formindsket oliemængdestrøm ikke forringes væsentligt, Til en vis grad er da også større oliedråber acceptable, da væggene, især blandingsrørets væg, hvis temperatur ved starten normalt i det væsentlige svarer til kedelvandets temperatur (70-90°0), har en vis opmagasineringskapacitet, hvilket vil sige, at større dråber til at begynde med kan slå sig ned på væggene og her danne en oliefilm, som da ved opnåelsen af driften under fuld belastning fordamper,

For at man skal kunne drive brænderen med fuld belastning under varierende betingelser med et så konstant luftoverskud som muligt, dvs. så vidt muligt støkiometrisk, er det hensigtsmæssigt at have midler, ved hjælp af hvilke luft- og/eller oliemængdestrømmen automatisk kan tilpasses de til enhver tid forekommende forhold, især lufttrykket, lufttemperaturen og/eller kedeltrækket.

Ved trykforstøverdyser med stor kapacitet er den til forgasning nødvendige fine forstøvning ofte ikke mere opnåelig. Til brandere med større ydelser kan det derfor være hensigtsmæssigt i afstand fra hinanden at anbringe flere (i det mindste to) dyser parallelt eller over for hinanden, hvorhos tværsnitsformen af branderen, af blandingsrøret og eventuelt af flammerøret geometrisk må tilpasses tilsvarende.

Blænderen kan som vist være en simpel udstanset åbning i en skiveformet væg. Åbningen kan imidlertid også over et kort stykke fremad i strømningsretningen være rørformet med kantet eller rundet overgang til væggen.