NL8220118A - Brandstofverbrandingsinrichting. - Google Patents

Description

Λ 82 20 1 1 8 PCT/N-31.191-tM/f.

Brandstofverbrandingsinrichting.

Achtergrond van de uitvinding.

Deze uitvinding heeft in het algemeen betrek-king op brandstofverbrandingsinrichtingen en meer in het bij-zonder op een slakvormende verbrandingsinrichting, waarin de brandstof poederkool is. In de verbranding en gasvorming 5 van kool mogen onverbrandbare as en minerale bestanddelen zich niet ophopen in de verbrandingskamer, want anders zul-len ernstige bedrijfsproblemen worden ondervonden. In een slakvormende verbrandingsinrichting wordt de temperatuur in de kamer hoog genoeg gehouden om de slak te kunnen verwijde-10 ren in vloeistofvorm door de werking van schuifkrachten en/ of de zwaartekracht, die werkt op de slak. Dit slakvormende vermogen zal ook voordelen hebben betreffende de werking van stroomafwaartse apparatuur, die samenwerkt met de produkt-stroom.

15 Een slakvormende verbrandingsinrichting kan verschillende eisen hebben, zoals totale stoichiometrie, die daaraan worden gesteld door de eigenschappen van een stroomafwaarts proces, die gebruik maakt van de verbrandings-produkten. Echter, ongeacht deze verschillende eisen, moet 20 een ideale slakvormende verbrandingsinrichting goede slak-terugwinningseigenschappen hebben en moet deze werken met een betrekkelijk lage temperatuur om warmteverliezen te ver-minderen en het rendement te vergroten.

De mate van verbranding van de kool in een 25 slakvormende verbrandingsinrichting zal gedeeltelijk afhan-gen van de beoogde toepassing van de gasvormige verbrandings-produkten. Bijvoorbeeld, als de verbrandingsinrichting moet worden gebruikt om as te produceren voor gebruik als brandstof in een gebruikelijke krachtcentrale, of in chemische 30 processen, moet het gas, dat treedt uit de verbrandingskamer nog betrekkelijk rijk aan brandbare bestanddelen zijn. Derhalve, als een koolverbrandingsinrichting moet worden gebruikt als ^generator, moet het verbrandingsproces plaatsvinden in een betrekkelijk brandstofrijke omgeving.

35 In termen van stoichiometrie, kan een stoichiometrische ver-houding, die zo laag is als 0,3 wenselijk zijn voor volgende verbranding in een ketel of gebruik als toevoermateriaal in 82 2 0 1 1 8 , ' -2- - een chemisch proces. Als het gas onmiddellijk moet worden ge- bruikt in een verbrandings- of warmtewisselproces, kan het wenselijk zijn een gas te verschaffen met een hogere tempera-tuur, maar met een lagere equivalente warmtewaarde in de 5 brandbare bestanddelen in het gas. Dit zou kunnen worden ge-daan door de kool vollediger te verbranden in de slakvormende verbrandingsinrichting, dus met een hogere stoichiometrische verhouding.

Bij wijze van verder voorbeeld zal de gewenste 10 stoichiometrie van een slakvormende verbrandingsinrichting aanzienlijk verschillend zijn als de uitgangsgassen moeten worden gebruikt in een\ magnetohydrodynamische (MHD) elektri-sche krachtgenerator. Een MHD generator maakt gebruik van plasma van hoge temperatuur en hoge snelheid, dat wordt ge-15 zonden door een magnetisch veld om direct elektriciteit op te wekken zonder de toepassing van roterende machines.

Voor deze toepassing kunnen de gasvormige produkten van de slakvormende verbranding lager in gehalte aan brandbare bestanddelen zijn en hoger in temperatuur en 20 warmte-inhoud. De verbrandingsprodukten kunnen dan worden onderworpen aan verdere verbranding na het verlaten van de slakvormendeverbrandingsinrichting. Aanvullend oxydatie-middel en soms aanvullende brandstof kunnen worden toege-voegd aan de uittredende gassen voor dit doel. Ongeacht het 25 eindgebruik waartoe de verbrandingsprodukten worden benut, en de yerschillende daardoor aan de verbrandingsinrichting gestelde eisen, moet de slakvormende verbrandingsinrichting nog steeds op ideale wijze goede slakterugwinning en betrek-kelijk lage werktemperaturen leveren.

30 In elke toepassing van een koolverbrandings- inrichting zal de gewenste stoichiometrie van het verbran-dingsproces afhangen van de eisen van de stroomafwaartse toepassing. Acceptabele verbrandingsinrichtingwerking en yerbrandingsprodukteigenschappen zullen ook afhangen van de 35 temperatuur en samenstelling van het oxydatiemiddelgas en het type en de grootte van de kooldeeltjes. Selectie van de geschikte parameters om te voldoen aan de eisen van de stroomafwaartse toepassing omvat typisch een aantal prakti-sche ontwerpoverwegingen. Bijvoorbeeld kan voorverwarmen van 40 het oxydatiemiddelgas tot een hogere temperatuur en daardoor 8220118 . -3- reacties bij een lagere stoichiometrische houding toelaten nog steeds voldoen aan de eisen van de stroomafwaartse toepassing, maar zou natuurlijk het verbruik van meer energie in de voorverwarraingstrap ofwel de toevoeging van een warm-5 tewisselaar vereisen. Het eerste van deze alternatieven kan al of niet passen bij de totale energie-eisen van de toepassing en het tweede kan zelfs niet uitvoerbaar zijn.

Verder is geschikte keuze van de stoichio-metrische verhouding in een slakvormende verbrandingsin-10 richting van critisch belang voor de mate van slakterug- winning. Als de verhouding te laa^· is, zullen de temperatu-ren ook de neiging hebben om laag te zijn en kan de slak niet voldoende vloeibaar worden om terugwinning te verge-makkelijken. Omgekeerd, als de verhouding te hoog is, kan 15 de temperatuur zo hoog zijn, dat een belangrijk deel van de slak wordt verloren door verdampen. T.en minste in theorie wordt het doeltreffende slakvormbereik geacht te liggen bo-ven 0,4 en tot 1,0 voor de verbrandingsinrichting als geheel. Echter kan de stoichiometrie, die gewenst is om te 20 voldoen aan de eisen van de stroomafwaartse toepassing niet vallen binnen dit theoretische slakvormbereik. Bijvoorbeeld, als de verwarmingsinrichting moet werken als gasgenerator, kan een stoichiometrische verhouding zo laag als 0,3 de voorkeur verdienen.

25 In elk geval zal het duidelijk zijn, dat een koolverbrandingsinrichting van dit algemene type op ideale wijze in staat moet zijn om de totale verbrandings-inrichting·—stoichiometrie en andere eigenschappen van de slakvormende verbrandingsinrichting aan te passen aan de 30 eisen van de stroomafwaartse toepassing van de verbrandingsinrichting. Verder moet de slakvormende verbrandingsinrichting een hoge mate van slakterugwinning verschaffen, een betrekkelijk laag warmteverlies en derhalve een betrekkelijk hoog thermisch rendement. Bovendien moet er complete 35 brandstofbenutting zijn, dat wil zeggen, geen ongecombineer-de koolstof moet de verbrandingsinrichting verlaten. In vroegere verbrandingsinrichting is het niet mogelijk geble-ken aan alle doelen tegelijk te voldoen. Bijvoorbeeld is goede slakterugwinning in gebruikelijke verbrandingsinrich-40 tingen niet te verenigen met een betrekkelijk lage temperatuur 8220118 - -4- en lage stoichiometrische verhouding.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.217.132 aan Burge et al stelt een oplossing voor deze problemen voor door combineren van een axiale en een tangentiale stroming 5 van oxydatiemiddelgas, zodat de verbranding van de brandstof-deeltjes in wezen volledig is voordat de deeltjes botsen op de wanden van de verbrandingskamer. Hoewel deze techniek in vele opzichten bevredigend is, faalt deze om de bovengeschets-te bijzondere problemen aan te pakken. In ten minste §€n op-10 zicht is het octrooischrift Burge et al typisch voor vroegere koolverbrandingstechnieken doordat het oxydatiemiddelgas stroomt in een continu patroon, waarin er een axiale snel-heidscomponent gericht van het kopeind naar het uitlaateind is. Geen verbrandingsinrichtingen,die volgens dit principe 15 werken combineren goede slakterugwinning, laag warmteverlies en complete koolstofverbranding onder alle bedrijfsomstandig-heden, die van belang zijn.

Er is dus een belangrijke behoefte aan een koolverbrandingsinrichting, die een hoog thermodynamisch 20 rendement en een acceptabel hoge mate van slakverwijdering kan verschaffen en die kan worden aangepast aan de thermody-namische behoeften van een stroomafwaarts proces of toepassing. De onderhavige uitvinding voldoet aan deze behoefte.

Over zicht van de uitvinding.

25 De onderhavige uitvinding betreft een slak- vormende koolverbrandingsinrichting met een kopeind en een uitlaateind, waarin oxydatiemiddel wordt toegevoerd op zo-danige wijze, dat ten minste een deel ervan wegstroomt van het uitlaateind naar het kopeind, kool wordt toegevoerd in 30 het naar het kopeind stromende oxydatiemiddel om een aanvan-kelijke verbrandingsfase in het kopeind te verschaffen. De Verbranding in deze eerste fase kan plaatsvinden bij een stoichiometrische verhouding, die veel kleiner is dan die van de verbrandingsinrichting als geheel.

35 Hoewel opgevat voor het doel een probleem op te lossen, dat werd ondervonden in koolverbrandingsinrich-tfngen, yindt de uitvinding even goed toepassing op ver-hrandingsinrichtingen van andere brandstoffen. De essentiele elementen van de uitvinding in zijn breedste betekenis zijn 40 middelen voor het toevoeren van oxydatiemiddel op zodanige 8220118 -5- wijze, dat een deel ervan stroomt naar het kopeind en midde-len voor het injecteren van brandstof in dit oxydatiemiddel-deel om de eerste verbrandingsfase in het kopeind te ver-schaffen.

5 Fundamenteel en in algemene termen omvat de uitvinding in zijn uitvoering als poederkoolverbrandings-inrichting een verbrandingskamer met een kopeind en een uitlaateind, middelen voor het injecteren van poederkool in het kopeind, middelen voor het injecteren van oxydatiemid-10 delgas in de omtreksrichting in de kamer, middelen voor het verwijderen van onbrandbare slak uit de kamer en middelen die aan het uitlaateind liggen om een uitlaat te verschaf-fen voor de in wezen gasvormige verbrandingsprodukten.

Op zeer belangrijke wijze zijn de middelen voor het injec-15 teren van oxydatiemiddelgas en poederkool zo gevormd, dat ten minste een deel van de oxydatiemiddelgasstroom stroomt naar het kopeind van de kamer en daar reageert met de koolbrandstof in de eerste verbrandingsfase. In een uitvoering van de uitvinding worden gassen uit de eerste verbran-20 dingsfase verder verbrand met het overige deel van het oxydatiemiddelgas, dat stroomt naar het uitlaateind van de kamer. Bij deze uitvoering kan de stoichiometrische verhouding in de eerste verbrandingsfase in het kopeind, die ongeveer de helft is van de totale verhouding voor de 25 verbrandingsinrichting, bijvoorbeeld voor sommige ontwerpen zo laag zijn als 0,3. In tegenstelling tot de algemeen aanvaarde praktijk met betrekking tot doelmatige slakver-wijdering kunnen buitengewoon goede slakverwijderingseigen-schappen worden verkregen in dit laag stoichiometrische ge-30 bled.

Bij toepassing voor het leveren van gassen met hoge temperatuur aan een MHD generator, werkt de verbrandingsinrichting volgens de uitvinding bij een totale stoichiometrische verhouding, die gekozen is om de beste 35 combinatie van slakverwijderingseigenschappen in het kopeind en uitlaatgascondities passend bij de eisen van de MHD generator te verschaffen. In een tegenwoordig bij voorkeur toegepaste uitvoering wordt een totale verhouding van ongeveer 0,6 gebruikt, met een verhouding van ongeveer 0,3 in 40 bet kopeind.

8220118 -6-

Het oxydatiemiddelgas, Wanneer dit tangen-tiaal in de verbrandingskamer wordt gevoerd, splitst zich in twee stromen. Een stroom heeft een axiale snelheidscomponent, die is gericht naar het uitlaateind van de kamer, terwijl 5 het andere deel een axiale snelheidscomponent heeft, die is gericht naar het kopeind, waarin de brandstof wordt geinjec-teerd. In een bij voorkeur toegepaste uitvoering van de uit-vinding zijn de twee stromen ongeveer gelijk in volumetrische stroomhoeveelheden. Omdat de brandstof aanvankelijk wordt 10 verbrand met een betrekkelijk laag volume-oxydatiemiddel, vindt de eerste fase van de verbranding aan het kopeind van de kamer plaats met een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding. Er is een overeenkomstig lage reactietemperatuur en een betrekkelijk hoog rendement tengevolge van het geredu-15 ceerde warmteverlies bij de lagere temperatuur. Echter, wordt een zeer doelmatige slakverwijdering verkregen bij deze om-standigheden. In het kort is het slakvormstadium thermo-dynamisch doelmatiger en verschaft het een uitstekende slak-terugwinning. Onverbrande gassen uit de eerste verbrandings-20 fase reageren dan met de rest of de uitlaateindstroom van het oxydatiemiddelgas en deze tweede verbrandingsfase vindt plaats bij een hogere stoichiometrische verhouding. Bijvoorbeeld, als de stroomafwaartse toepassing van de verbrandingsinrich-ting een MHD generator is, kan de totale verhouding ongeveer 25 0,6 - 0,9 zijn met een overeenkomstige kopeindverhouding van 0,3 -! 0,45. Tengevolge van een betrekkelijke hoge temperatuur in het uitlaateind kan het betrekkelijk korter in lengte worden gemaakt dan mogelijk is in een gebruikelijke verbran-dingsinrichting van hetzelfde type. Dit reduceert het warm-30 teverlies uit de kamer en verbetert het totale thermodyna-jnische rendement van de verbrandingsinrichting.

Als de verbrandingsinrichting moet worden gebruikt als gasgenerator, kan deze in bedrijf worden gehou-den met een betrekkelijk lage totale stoichiometrische ver-35 houding door al het oxydatiemiddelgas af te leiden naar het kopeind van de kamer en de stromingshoeveelheid van het oxy-datiemiddel te regelen om de gewenste verhouding te verkrij-gen. In dit geval wordt een doelmatige slakverwijdering nog steeds, verkregen in het kopeind van de kamer, maar daar geen 40 oxydatiemiddel direct naar het uitlaateind kan stromen, is 8220118 -7- er geen tweede verbrandingsfase om een hogere totale stoi-chiometrische verhouding te verschaffen. Derhalve is de totale verhouding voor de gehele verbrandingsinrichting in deze uitvoering hetzelfde als de plaatselijke verhouding voor 5 de kopeindverbrandingsfase.

Koolinjectie in de zone van de eerste verbrandingsfase kan worden uitgevoerd door een penmondstuk, dat axiaal is aangebracht in het kopeind en een brandstof-stroom richt in dat deel van het oxydatiemiddelgas, dat 10 stroomt naar het kopeind. Anders kan brandstof worden gein-jecteerd door brandstofinlaten, die langs de omtrek rondom de kamer zijn aangebracht om de stroom te richten in het kopeind van de oxydatiemiddelgasstroom. Zowel horizontale als vertikale uitvoeringen van de kamer worden beoogd.In de 15 horizontale uitvoering omvat het middel voor het verwijderen van slak uit de kamer een slakpoort, die is aangebracht aan het onderste deel van de cilindrische wand van de kamer. In de vertikale uitvoering is het kopeind van de kamer het onderste eind en de uitlaat het bovenste. De slakpoort ligt 20 aan het kopeind.

In termen van een nieuwe werkwijze omvat de uitvinding in zijn breedste termen de stappen van injecteren van oxydatiemiddelgas aan de omtrek in een kamer met een kopeind en een uitlaateind, op zodanige wijze, dat ten minste 25 een deel van de stroom wordt gericht naar het kopeind, het injecteren van brandstof zoals poederkool in het kopeind op zodanige wijze, dat verbranding aanvankelijk plaatsvindt met een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding en lage temperatuur, ongeacht het eindgebruik van de gasvormige ver-30 brandingsprodukten en ongeacht de totale stoichiometrie van de verbrandingsinrichting, het verwijderen van onbrandbare slakken uit de kamer en het uit de kamer laten treden van de in wezen gasvormige verbrandingsprodukten. Meer in het bij-zonder omvatten de stappen van injecteren van oxydatiemiddel-35 gas en injecteren van poederkool injecteren van het oxydatie-gas tangentiaal in de kamer op een punt tussen het kopeind en het uitlaateind van de kamer, zodat de oxydatiemiddeSgas-stroom zich splitst in twee ongeveer geli jke delen met tegen-gestelde axiale componenten en het injecteren van de poeder-40 kool in het oxydatiemiddelgasdeel, dat stroomt naar het kop-8220118 -8- eind, waarbij een eerste verbrandingsfase optreedt in het kop-eind bij een stoichiometrische verhouding van ongeveer de helft van de totale stoichiometrische verhouding voor de verbrandingsinrichting. Volgens een andere uitvoering van de 5 uitvinding die wordt toegepast als gasgenerator, wordt al-thans nagenoeg de gehele oxydatiemiddelgasstroom gericht naar het kopeind op zodanige wijze, dat de stoichiometrische verhouding aan het kopeind althans nagenoeg hetzelfde blijft als in de uitvoering, die niet wordt toegepast als gasgenera-10 tor.

Het zal uit het voorgaande duidelijk zijn, dat de onderhavige uitvinding een belangrijke vooruitgang vormt op het gebied van koolverbranding en vergassing. In het bijzonddr bereikt een nieuwe koolverbrandingsinrichting 15 goede slakverwijderingswaarden en bereikt daarbij een hoog thermodynamisch rendement, laag warmteverlies en complete koolstofverbranding. Bovendien laat de verbrandingsinrichting volgens de uitvinding toe, dat zijn thermodynamische eigenschappen gemakkelijk worden aangepast aan die van een 20 gewenst stroomafwaarts proces. Andere aspecten en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende meer gedetailleerde beschrijving, genomen in samenhang met de bijgaande tekeningen.

Korte beschrijving van de tekehingen.

25 Fig. 1 is een vereenvoudigd perspecti- visch aanzicht voor een koolverbrandingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding, met inbegrip van de slakvormende verbrandingsinrichting en slakverwijderingsinrichting en toont ook een uitlaatverbrandingstrap, die geen deel vormt 30 van de uitvinding.

Fig. 2 is een schematisch aanzicht van de slakvormende verbrandingsinrichting.

Fig. 3 is een gedeeltelijke doorsnede van een penmondstuk, dat wordt gebruikt om kool te injec-35 teren en, voor MHD en andere gekozen toepassingen, een toevoegmateriaal in de verbrandings-inrichting.

Fig. 4 is een schematisch aanzicht en toont typische stroompatronen van brandstof, oxydatiegas en verbrandingsprodukten in de slakvormende verbrandings-40 inrichting.

8220118 -9- * Fig. 5 is een schematisch zijaanzicht en toont de vorm van een eerste uitvoering van de uitvinding met een tangentiale oxydatiemiddelinlaat en een spiraalvormige uit-laatpoort.

5 Fig. 5a is een eindaanzicht van de in fig. 5 afgebeelde uitvoering, genomen in de richting van de pijl 5a in fig. 5.

Fig. 6 is een schematisch zijaanzicht en toont een tweede uitvoering van de uitvinding met een tan-10 gentiale oxydatiemiddelinlaat, een symmetrische uitlaat-poort en een verkort uitlaateinddeel.

Fig. 6a is een eindaanzicht van de in fig. 6 afgebeelde uitvoering, genomen in de richting van de pijl 6a in fig. 6.

15 Fig. 7 is een schematisch zijaanzicht van een derde uitvoering van de uitvinding zoals de in fig. 6 afgebeelde tweede uitvoering maar met de slaktap, gelegen in het kopeind inplaats van het uitlaateind.

Fig. 7a is een eindaanzicht van de in fig. 7 20 afgebeelde uitvoering genomen in de richting van de pijl 7a in fig. 7.

Fig. 8 is een schematisch zijaanzicht en toont een vierde uitvoering van de uitvinding met een uitge-spaarde spiraalvormige oxydatiemiddelinlaat, een symmetri-25 sche uitlaatpoort en een kopeindslaktap.

Fig. 8a is een eindaanzicht van de in fig. 8 afgebeelde uitvoering genomen in de richting van de pijl 8a in fig. 8.

Fig. 9 is een schematisch zijaanzicht van 30 een vijfde uitvoering van de uitvinding met twee slakvormen-de verbrandingsinrichtingen, elk met een uitgespaarde spi-raalyormige oxydatiemiddelinlaat en een kopeind met een brandstofinjecteur en een slaktap, waarbij de twee verbrandingsinrichtingen zijn gekoppeld aan een gemeenschappe-35 lijke centraal gelegen uitlaatpoort.

Fig. 10 is een schematisch zijaanzicht en toont een zesde uitvoering van de uitvinding met een verti-kaal georienteerde verbrandingskamer, een uitgespaarde spiraalvormige oxydatiemiddelinlaat, een symmetrische uit-40 laatpoort^ontrekskdolinjecteurs en een kopeindslaktap.

8220118 -10-

Fig. 10a is een bovenaanzicht van de in fig. 10 afgebeelde uitvoering.

Fig. 10b is een doorsnede van de in fig. 10 afgebeelde uitvoering genomen althans nagenoeg volgens de 5 lijn lOb-lOb in fig. 10.

Fig. 11 is een schematisch zijaanzicht van een zevende uitvoering van de uitvinding met een vertikaal georienteerde verbrandingskamer, zoals die welke is afge-beeld in fig. 10 maar met een inlaatstroomafleider om de 10 gehele inlaatoxydatiemiddelstroom af te leiden naar het kopeind van de kamer en fig. 11a is een doorsnede van de in fig. 11 afgebeelde uitvoering genomen althans nagenoeg volgens de lijn 11a-1.1a in fig. 11.

15 Beschriiving van de bij voorkeur toegepaste uitvoeringen.

Zoals afgebeeld in de tekeningen voor il-lustratiedoeleinden betreft de onderhavige uitvinding voornamelijk een poederkoolverbrandingsinrichting, en meer in het bijzonder een slakvormende koolverbrandingsinrich-20 ting. In slakvormende koolverbrandingsinrichtingen worden de onbrandbare as en minerale bestanddelen van de kool verwijderd in vloeistofvorm, zodat deze bestanddelen niet achter blijven in de door de verbrandingsinrichting gepro-duceerde gassen.

25 Ontwerpers van koolverbrandingsinrichtingen in het verleden hebben gestreefd naar doelmatige slakverwij-dering, laag warmteverlies,hoog thermodynamisch rendement, complete verbranding van koolstof en geschikte aanpassing van de thermodynamische eigenschappen van de verbrandings-30 inrichting aan de eisen van stroomafwaartse processen, die gebruik maken van de verbrandingsprodukten. In het ideale geval bijvoorbeeld moet een kolenverbrandingsinrichting kunnen worden aangepast om gas te leveren aan een MHD-generator of brandstofgas leveren, dat daarna wordt ver-35 brand in ketels of in andere chemische processen, en toch een hoge mate van slakterugwinning en een hoog warmterende-ment handhaven. Vroegere koolverbrandingsinrichtingen hebben pp traditionele wijze gebruik gemaakt van een oxydatie-middelstroompatroon met een axiale component, die is ge-40 richt naar het uitlaateind en zijn niet in staat geweest om 8220118 -11- de gewenste combinatie van ideale eigenschappen te bereiken.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een koolverbrandingsinrichting voorzien van brandstof- en oxyda-tiemiddel-injectiemiddelen die op zodanige wijze samenwerken 5 dat de verbranding aanvankelijk plaatsvindt in het kopeind van de verbrandingsinrichting met een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding ongeacht het eindgebruik van de gasvormige veibrandingsprodukten en ongeacht de totale stoi-chiometrie van de verbrandingsinrichting. Een buitengewoon 10 goede slakterugwinning wordt verkregen bij de betrekkelijk lage plaatselijke stoichiometrische verhouding in het kopeind en de warmteverliezen worden verminderd met een over-eenkomstige vermeerdering van het rendement. Een tweede verbrandingsfase kan naar keuze worden verschaft om een 15 hogere totale stoichiometrische verhouding te verkrijgen, bijvoorbeeld voor toepassing in verband met een MHD generator. Als de tweede verbrandingsfase wordt weggelaten, wordt een betrekkelijk lage totale stoichiometrische verhouding verkregen, zoals wanneer de verbrandingsinrichting werkt 20 als synthesegasgenerator.

Zoals in fig. 1 is afgebeeld, omvat de in-richting volgens de uitvinding een slakvormende koolverbrandingsinrichting, die in het algemeen is aangegeven met het verwijzingscijfer 10 en een tangentiale oxydatiemiddelinlaat 25 12 en een axiale koolinlaat 14 heeft. De verbrandingsinrich ting 10 omvat een in het algemeen cilindrische reactiekamer 16, die volgens de afbeelding met zijn langsas horizontaal is aangebracht, waarbij de cilinder een uitlaateind 18 heeft, waardoor de verbrandingsprodukten de kamer verlaten en een 30 kopeind 20, waarin de poederkoolbrandstof wordt toegevoerd. Zoals is afgebeeld bij deze illustratieve uitvoering omvat het uitlaateind 18 een uitlaatsamenstel 22, dat gewoonlijk wordt aangeduid als het symmetrische type. Zoals duidelijk zal zijn uit fig. 6a en 7a is een symmetrische uitlaait een, 35 waarbij de door de verbrandingsprodukten gevolgde uitlaat-weg symmetrisch is ten opzichte van de as van de verbrandingsinrichting, dus de uitlaatweg strekt zich uit vanaf het midden van het uitlaatsamenstel, inplaats van tangentiaal of spiraalvormig te zijn. De illustratieve uitvoering van 40 fig. 1 omvat ook een verdere uitlaatverbrandingstrap 24, 8220118 -12- waarin verder oxydatlemiddel en/of brandstof kan worden inge-voerd door de inlaat 26. Deze uitlaattrap 24 is illustratief voor een typische omgeving voor de verbrandingsinrichting/ maar is niet essentieel voor de onderhavige uitvinding, daar 5 de slakvormverbrandingsinrichting even goed werkt zonder de uitlaattrap.

Zoals het best is afgebeeld in fig. 2 worden onverbrande mineralen of as verwijderd als vloeibare slak uit de kamer 16 door een slakpoort, die laag op de ci-10 lindrische wand van de kamer dichtbij het uitlaateind 18 ligt. De poort is verbonden met een slakverwijderingssamenstel 28, waarvan de details niet critisch zijn voor de onderhavige uitvinding. De gehele kamer 16 en de oxydatiemiddelinlaat 12 worden gekoeld door een fluidum, zoals water, dat wordt ge-15 zonden door koelinlaten 30 aan de bovenzijde van de cilinder en uittreedt uit koeluitlaten aan de onderzijde, waarvan er sommige zijn afgebeeld bij 32, De koeling van de verbran-dingskamer .16 produceert een vastgeworden laag slak op de kamerwanden. De vaste laag slak beschermt de kamerwanden 20 tegen erosie door vloeibare slak en door brandende brand-stofdeeltjes en verschaft ook een isolatielaag met betrek-kelijk lage geleidbaarheid om warmteverliezen uit de kamer te reduceren. Om een betere aanhechting van de vastgeworden slaklaag op de kamerwanden te verkrijgen hebben de wanden 25 een groot aantal daarop bevestigde opstaande pennen, zoals is afgebeeld bij 34 in fig. 5. In een uitvoering van de uitvinding zijn de pennen 34 ongeveer 3,2 mm in diameter en 6,4 mm lang en gelast aan de kamerwanden op ongeveer 19,2 mm afstand. De uitlaatverbrandingstrap 24 wordt alleen gebruikt 30 in het geval dat deze nodig is om de thermodynamische eigen-schappen van de verbrandingsinrichting aan te passen aan een stroomafwaarts proces, zoals een MHD generator.

Fig. 2 toont in schematische vorm de basis-uitvoering van de slakvormverbrandingsinrichting. Oxydatie-35 middelgas wordt tangentiaal ingevoerd in de verbrandingskamer 16 door een rechthoekige poort, die ligt tussen het kopeind 20 en het uitlaateind 18. De brandstof uit de koolinlaat 14 wordt verspreid langs een in het algemeen kegelvormige sproei-nevel met een aanzienlijke radiale snelheidscomponent. In een 40 tegenwoordig bij voorkeur toegepaste uitvoering van de uit- 8220118 -13- vinding wordt een halve hoek van ongeveer 60° ten opzichte van de centrale as van de ci Under 16 gebruikt. Zoals het best is afgebeeld in fig. 4 divergeert lucht uit de oxydatiemiddel-inlaat 12 in twee afzonderlijke banen ten opzichte van de 5 axiale stromingscomponent van het oxydatiemiddel. Dat deel van het oxydatiemiddel, dat terugstroomt naar het kopeind 20 zal brandstof uit de koolinlaat 14 ontmoeten en de verbran-ding zal plaatsvinden in het kopeind bij een stoichiometri-sche verhouding van ongeveer de helft van de totale verhou-10 ding voor de gehele verbrandingsinrichting. Brandstofdeel-tjes, die het mondstuk 14 verlaten, zullen aanzienlijk verhit worden, terwijl zij het kopeind doorlopen om het oxydatie-middelgas bij de kamerwanden te ontmoeten. Als dus de totale stoichiometrische verhouding 0,58 is, zoals bij toepassing 15 van een MHD generator, zal de stoichiometrische verhouding in de eerste verbrandingsfase in het kopeind ongeveer 0,29 zijn. Voor deze MHD toepassing wordt aanvullend oxydatiemiddel toe-gevoegd in de inlaat tot de MHD generator (niet afgebeeld).

Gassen uit de eerste verbrandingsfase 20 zullen dan bewegen in een centrale zone van het kopeind bij de as en zullen in het algemeen bewegen langs en bij de as en naar het uitlaateind 18, waar een verdere reactie zal plaats-'-vinden met het overige deel van het oxydatiemiddelgas, dat naar het uitlaateind stroomt. De verbranding in deze tweede 25 fase van de verbrandingsinrichting verhoogt de totale stoichiometrische verhouding, zodat de totale verhouding op het gewenste niveau is. Zoals is afgebeeld in fig. 4 is er ook een kleine omgekeerde kernstroming terug door de uitlaatpoort. Bedacht moet worden, bij verwijzing naar fig. 4, dat deze 30 alleen de axiale en radiale componenten van de gasstroming yoorstelt. Gesuperponeerd op dit stromingspatroon is de rota-tiestroming, die wordt geinduceerd door de tangentiale invoer van het oxydatiemiddelgas. Deze rotatie of cycloonstroming is belangrijk omdat deze een betrekkelijk lange weg verschaft 35 waarover de verbranding van de brandstofdeeltjes kan plaats-yinden en de slak. kan worden gevormd. De wervelwerking bevor-dert de menging van brandstof en oxydatiemiddel en richt mee-gesleurd materiaal naar buiten naar de wandoppervlakken.

Een ringvormige leiplaat 40 verhindert, 40 voor alle praktische doeleinden stroming van slak voorbij het 8220118 -14- uitlaateind 18 van de slakvormende verbrandingsinrichting. Vloeibaar gemaakte slak, hoofdzakelijk uit het kopeind 20, stroomt naar de slaktap 28 onder de invloeden van de zwaar-tekracht en schuifkracht tussen de slak en de aangrenzende 5 bewegende verbrandingsgassen. Voor de MHD en andere gekozen toepassingen van de verbrandingsinrichting kan een toevoegmateriaal axiaal met de koolbrandstof worden geinjecteerd, zoals is aangegeven bij 41 in fig. 2 om de elektrische ge-leidbaarheid van de resulterende uitlaatgassen te verhogen 10 of om op andere wijze de uitlaatgassoort te wijzigen. De stroming van het toevoegmateriaal heeft geen betekenis in de onderhavige uitvinding, behalve in zoverre dit kan worden geinjecteerd met voldoende snelheid om te vermijden, dat het wordt gegrepen in de uitstromende slak en reageert met de 15 hete uitlaatgassen.

Fig. .3 toont in doorsnedevorm een typi-sche penmondstukconstruetie. De pen 14 is cilindrisch in yorm en heeft een aantal ringvormige elementen, die een axiale doorgang 42 voor het toevoegmateriaal vormen, twee 2 0 concentrische ringvormige doorgangen 42 en 44, die in yloeistofverhinding staan aan het eind van de pen, zoals is aangegeven bij 45 om een koelvloeistofbaan te vormen, en een omringende ringvormige brandstofdoorgang 46. De ringvormige brandstofdoorgang 46 eindigt in een conische uitlaatpoort 25 48f die zich uitstrekt in een continue cirkel rondom de omtrek van de pen. Kool wordt geinjecteerd in een conische laa$J uit de uitlaatpoort 48. Een aanvullende ringvormige koeldoorgang 49 is gevormd tussen de brandstofdoorgang 46 en het huitenvlak van de pen.

30 Zoals is afgebeeld is fig. 5-11, kan de uitvinding worden toegepast in verschillende uitvoeringen, afhankelijk van de behoefte van de bijbehorende stroomaf-waartse toepassing. Eerst is in fig. 5 een basisvorm afgebeeld met toepassing van de beginselen van de uitvinding.

35 Opgenomen zijn het koolpenmondstuk voor het injecteren van kool bij 14, een tangentiale inlaat 12, een slaktap 28 en een uftlaat, die is afgebeeld bij 22a. In deze uitvoering, en in andere, die nog-worden beschreven, kan de kool anders worden geinjecteerd door middel van omtreksbrandstofinlaat-40 poorten, zoals die welke zijn afgebeeld bij 60 in fig. 10 en 8220118 -15- 11. Het enige verschil tussen de in fig. 5 afgebeelde uitvoe-ring en die welke is besproken in verband met fig. 1-4, is dat de uitlaat 22a een spiraalvormige uitlaat is, die meer in detail is afgebeeld in fig. 5a. In een spiraalvormige uitlaat 5 neemt de straal van het uitlaatsamenstel toe van een minimum-waarde tot een maximumwaarde en een uitlaatleiding gaat tan-gentiaal over in het samenstel op zijn punt met maximale straal. Dit moet worden onderscheiden van de symmetrische uitlaat (fig. 6a), waarin een uitlaatleiding symmetrisch, 10 dus langs een straal, overgaat in een cilindrisch uitlaatsamenstel. In beide typen uitlaat is het doel een uniforme, niet-wervelende stroming in de uitlaatleiding te verkrijgen.

De in fig. 6 en 6a afgebeelde uitvoering verschilt van die van fig. 5 in twee opzichten. Ten eerste 15 is een eenvoudiger symmetrische uitlaat 22b afgebeeld. Ten tweede, en meer belangrijk, ligt de uitlaat 22b veel dich-ter bij de inlaat, namelijk de totale lengte van de slak-vormtrap is gereduceerd. Deze reductie is mogelijk gemaakt, omdat de tweedeverbrandingsfase, in het uitlaateind 18 20 van de kamer 16, een betrekkelijk korte tijd neemt, daar deze slechts gasvormige componenten bij hoge temperatuur omvat, daar de vaste brandstof practisch volledig is ver-brand in het kopeind. Het compactere ontwerp van de uitvoering van fig. 6 resulteert in een verder gereduceerd hitte-25 verlies en verhoogt de efficiency, waarbij nog steeds goede slakterugwinning wordt gehandhaafd.

De in fig. 7 en 7a afgebeelde uitvoering is gelijk aan die welke is afgebeeld in fig. 6, behalve dat de uitlaateindverbrandingsfase plaatsvindt in een nog klei-30 ner volume, daar de oxydatiemiddelinlaat, aangeduid als 12c, veel dichter is bewogen naar het uitlaateind 18 van de kamer 16 als gevolg van de plaatsing van de slaktap 28c aan het kopeind. De koolinjecteur is dus verlengd en op doelmatige wijze bewogen naar het uitlaateind met de inlaat 35 12c. Het kopefndvolume is overeenkomstig vergroot door ver- legging van de slaktap en, zoals in alle afgebeelde uitvoe-ringen, vindt de slakverwijderingsfunctie voor het grootste deel plaats in de eerste fase van verbranding aan het kopeind, Op deze manier wordt warmteverlies via de slaktap 28c 40 gereduceerd tengevolge van de lagere temperatuur in de kop- 8220118 ί- -16- eindzone. Plaatsing van de slaktap 28c aan het kopeind 20 resulteert ook in een hogere slakverwijderingsdoelmatigheid, daar er minder slakverdamping zal zijn tengevolge van de lage-re temperatuur van het kopeind. Bovendien zal de op de kop-5 eindwanden gedeponeerde slak gemakkelijker gevoerd kunnen worden naar de slaktap door de axiale component van de in-laatstroming, die binnentreedt in het kopeind 20.

De in fig. 8 en 8a afgebeelde uitvoering stelt een verdere verfijning van de in fig. 7 afgebeelde uitvoe- 10 ring voor. In het bijzonder is de1· tangentiale oxydatiemiddel- gasinlaat vervangen door een spiraalvormige inlaat 12d, die gewoonlijk is aangeduid als het uitgespaarde spiraalvormige type. Hetzelfde volume-oxydatiemiddelgas kan worden ingevoerd door de spiraalvormige inlaat als door de tangentiale in-met 15 laat, maar-een effectieve reductie in axiale lengte van de inlaat, daar de spiraalvormige inlaatleiding groter kan zijn^ gemeten in een radiale richting^.dan een tangentiale inlaat naar een cilinder van dezelfde grootte. Deze kortere axiale lengte kan warmteverliezen reduceren uit de verbrandings-20 inrichting en daardoor het rendement vergroten. Meer belang-rijk echter voert de meer in detail in fig. 8a afgebeelde uitgespaarde spiraal 12d het oxydatiemiddelgas op een meer symmetrische wijze om de wanden van de kamer 16. Het oxyda-tiemiddel, dat circuleert in de spiraal loopt over de spi-25 raalvormige randen op tamelijk gelijkmatige wijze rondom de spiraalomtrek inplaats van over te lopen in tegenoverlig-gende axiale richtingen in een beperkte zone bij de tangentiale inlaatopening. Anders gezegd voert de spiraalvormige inlaat de oxydatiemiddelstroom gelijkmatig toe rondom de 30 omtrek van de kamer inplaats van aan een in hoek beperkte zone.

In de in fig. 9 afgebeelde uitvoering is er een dubbeleindige slakverbrandingsinrichting, waarin twee kopeinden 20 en 20' zijn aangebracht, elk aan een zijde van 35 een centrale uitlaatzone 50 en zijn er twee inlaten 12e van het uitgespaarde spiraalvormige type, dat is afgebeeld in de uitvoering van fig. 8. Er zijn ook twee slaktappen 28e en twee koolinjecteurs -14 en 14'. Het voornaamste voordeel van de in fig. 9 afgebeelde uitvoering is verder gereduceerd 40 warmteverlies, daar de uitlaateinden van de uitvoeringen van 8220118 -17- fig. 8 zijn geelimineerd. In de uitvoering van fig. 8 met een enkel eind is er een aanzienlijk warmteverlies uit het uit-laateind 22a, maar in de uitvoering van fig. 9 zijn deze verliezen verminderd door de uitlaateinden aan de centrale 5 zone 50 samen te voegen.

Fig. 10 toont een vertikaal georienteerde verbrandingskamer 16 met een uitgespaarde spiraalvormige in-laat 12f, een symmetrische uitlaat 22f, koolinjecteurs 60/ , die om de omtreksrichting rondom de kamer 16 zijn aange-10 bracht op een punt enigszins naar het kopeind 20f toe gekeerd vanaf de inlaat 12f en een slaktap 28f, die ligt in axiale orientatie in het kopeind. Het werkingsprincipe is hetzelfde als dat van de basisuitvoeringen, die reeds beschreven zijn. Kooil wordt geinjecteerd in het deel van de inlaatstroom, die 15 voortgaat naar het kopeind 20f van de kamer 16 en een eerste verbrandingsfase treedt op aan het kopeind bij een betrekke-lijk lage stoichiometrische verhouding. Een tweede verbran-dingstrap kan dan plaatsvinden in het uitlaateind van de verbrandingsinrichting voordat de verbrandingsproducten uit-20 treden door de symmetrische uitlaat 22f.

Elk van de bovenbeschreven uitvoeringen kan worden gewijzigd om te werken als gasgenerator door toe-voeging van middelen voor het afleiden van de gehele oxyda-tiemiddelgasstroom naar het kopeind 20 van de verbrandings-25 inrichting. Bijvoorbeeld, zoals is afgebeeld in fig. 11 en 11a, is de vertikaal georienteerde uitvoering van fig. .10 afgebeeld met een kopeind 20g en een cilindrische leiplaat 62, die is aangebracht in de oxydatiemiddelinlaat I2g om te werken als stromingsafleider, om te verzekeren, dat de oxy-30 datiemiddelstroom een axiale component heeft, die alleen is gericht naar het kopeind, zoals is aangegeven door de pijlen 64. De inlaatstroming is natuurlijk ingesteld om een gewenste stoichiometrische verhouding te verschaffen voor het opwekken van brandbaar gas. Door dit middel wordt de twee-35 de verbrandingsfase die boven beschreven is als plaatsvin-dende in het uitlaateind van de verbrandingsinrichting geelimineerd en wordt de totale stoichiometrische verhouding van de verbrandingsinrichting gereduceerd tot dezelfde be-trekkelijk lage waarde, die heerst in het kopeind. Uitlaat-40 gassen worden daardoor verkregen met de thermodynamische 8220118 V- -18- eigenschapkarakteristieken van geschikt brandstofgas. Het zal duidelijk zijn , dat elk van de andere uitvoeringen gemakkelijk kan worden gewijzigd door opneming van de stro-mlngsafleider 62 volgens fig. 11 om te werken als gasgene-5 rator.

Het zal duidelijk zijn uit het voorgaande, dat de onderhavige uitvinding een belangrijke vooruitgang op het gebied van koolverbrandingsinrichting voorstelt.

In het bijzonder verschaft de uitvinding een slakvormende 10 verbrandingsinrichting, die werkt met de gewenste slakver-wijderingskarakteristieken bij een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding en daarom zorgt voor geredu-ceerde warmteverliezen en verhoogd rendement. Verder kan de verbrandingsinrichting gemakkelijk worden aangepast aan de 15 eisen van verschillende stroomafwaartse processen, zoals MHD generatoren of processen, die synthetisch brandstofgas vereisen. Het zal ook duidelijk zijn, dat hoewel bepaalde uitvoeringen van de uitvinding in detail zijn beschreven voor illustratiedoeleinden, verschillende wijzigingen kunnen 20 worden aangebracht zonder de geest en de omvang van de uitvinding te verlaten. De uitvinding moet dus niet worden beperkt, behalve volgens de aangehechte conclusies.

8 2 2 0 1 1 8

Claims (51)

1. Koolverbrandingsinrichting, omvattende: een verbrandingskamer met een kopeind en een uitlaateind; middelen voor het injecteren van poederkool 5 in het kopeind; middelen voor het injecteren van oxydatie-middelgas langs de omtrek in de verbrandingskamer tussen het kopeind en het uitlaateind, op zodanige wijze, dat ten minste een deel van de oxydatiemiddelstroom voortgaat naar het kop-10 eind en daar reageert met de geinjecteerde kool in een eers-te verbrandingsfase; middelen voor het verwijderen van onbrandbare slak uit de verbrandingskamer; en aan het uitlaateind gelegen middelen om een 15 uitlaat voor de verbrandingsproducten te verschaffen.

2. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 1, waarin; de middelen voor het injecteren van oxydatie-middelgas de gehele stroomoxydatiemiddelgas direct naar het 20 kopeind richten; en de stroom van oxydatiemiddelgas wordt geregeld om een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding in het kopeind te krijgen om verbrandingsproducten op te leveren, die rijk zijn aan brandbare bestanddelen.

3. Koolverbrandingsinrichting volgens conclu- sie 1, waarin: de middelen voor het injecteren van oxydatiemiddelgas werken op zodanige wijze, dat een ander deel van de oxydatiemiddelstroom direct voortgaat naar het uitlaat-30 eind, om daar te reageren met de producten van de eerste yerbrandingsfase in een tweede verbrandingsfase; en de stoichiometrische verhouding ten opzichte lager van de eerste verbrandingsfase belangrijk~ is dan de' totale stoichiometrische verhouding voor de verbrandingsinrichting. 35

4. Koolverbrandingsinrichting volgens conclu- sie 3, waarin ongeveer een helft van de oxydatiemiddelgas-stroom direct voortgaat naar het kopeind en de stoichiometrische verhouding ten opzichte van de eerste verbrandingsfase ongeveer de helft van de totale verhouding voor de ver- 8220118 -20- brandings inrich ting is.

5. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 3, waarin: de middelen voor het injecteren van oxyda-5 tiemiddelgas ongeveer midden tussen het kopeind en het uitlaateind liggen; en de middelen voor het verwijderen van on-brandbare slak liggen bij het uitlaateind.

6. Koolverbrandingsinrichting volgens con-10 clusie 3, waarin: de middelen voor het verwijderen van on-brandbare slak bij het kopeind liggen, waardoor het volume van het uitlaateind verder wordt gereduceerd, en de middelen voor het injecteren van oxyda-15 tiemiddelgas dus dichter bij het uitlaateind liggen.

7. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 6, waarin: de middelen voor het injecteren van oxyda-tiemiddelgas zijn van een uitgespaard spiraalvormig type 20 om te zorgen voor een gereduceerde axiale lengte en dien-overeenkomstig gereduceerd warmteverlies.

8. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 7, en verder omvattend: een tweede verbrandingskamer met een kopeind 25 en met een uitlaateind, dat is gekoppeld aan het uitlaateind van de eerste verbrandingskamer; tweede middelen voor het injecteren van poederkool in het tweede kopeind; en tweede middelen voor het injecteren van 30 oxydatiemiddelgas langs de omtrek in de tweede verbrandingskamer tussen het kopeind en het uitlaateind van de tweede verbrandingskamer; waarbij uitlaateind-warmteverliezen worden yerminderd door de opstelling van de twee uitlaateinden met 35 hun ruggen tegen elkaar.

9. Koolverbrandingsinrichting, omvattend: een verbrandingskamer, die is opgesteld in een vertikale uitvoering en een omlaag gekeerd kopeind en een omhoog gekeerd uitlaateind heeft, 40 middelen voor het injecteren van poederkool 8220118 -21- in het kopeind; middelen voor het injecteren van oxydatiemid-delgas langs de omtrek in de verbrandingskamer tussen het kopeind en de uitlaateinden, op zodanige wijze, dat ten min-** ste een deel van de oxydatiemiddelstroom voortgaat naar het kopeind en daar reageert met de geinjecteerde kool in een eerste verbrandingsfase; middelen voor het verwijderen van onbrandbare slak uit de verbrandingskamer; en 10 middelen die aan het uitlaateind liggen om te zorgen voor een uitlaat voor de verbrandingsproducten.

10. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 9, waarin: de middelen voor het injecteren van poeder-15 kool meerdere brandstofinlaatpoorten omvatten, die op een afstand zijn geplaatst rondom de omtrek van de verbrandingskamer in het kopeind.

11. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 9 of 10, waarin de middelen voor het verwijderen van 20 onbrandbare slak centraal zijn gelegen in het kopeind van de verbrandingskamer.

12. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 9, 10 of .11, waarin de middelen voor het injecteren van oxydatiemiddelgas op zodanige wijze werken, dat een ander 25 deel van de oxydatiemiddelstroom direct voortgaat naar het uitlaateind om daar te reageren met de producten van de eerste verbrandingsfase. in een tweede verbrandingsfase; en de stoichiometrische verhouding ten opzichte van de eerste verbrandingsfase aanzienlijk lager is dan de 30 totale stoichiometrische verhouding voor de verbrandingsin-richting.

13. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 9, 10 of 11, waarin: de middelen voor het injecteren van oxydatie-35 middelgas de gehele stroom van oxydatiemiddelgas direct rich-ten naar het kopeind; de stroom van oxydatiemiddelgas wordt geregeld voor het verkrijgen van een betrekkelijk lage stoichiometrische yerhouding in het kopeind om verbrandingsproducten op te leve-40 ren, die rijk zijn aan brandbare bestanddelen. 8220118 »· -22-

14. Koolverbrandingsinrichting volgens con-clusie 1.3, waarin de middelen om oxydatiemiddelgas geheel naar het kopeind te Injecteren een ringvormige afleidschoep omvat-ten om elke axiale stromingscomponent naar het uitlaateind te 5 blokkeren en om een axiale stromingscomponent alleen naar het kopeind toe te laten.

15. Koolverbrandingsinrichting, omvattend: een in het algemeen cilindrische verbindings- kamer met een kopeind en een uitlaateind; 10 middelen voor het injecteren van poederkool in het kopeind in een conisch stroompatroon, dat divergeert van de as van de verbrandingskamer naar de cilindrische wan-den ervan; middelen voor het injecteren van oxydatie-15 middelgas tangentiaal in de omtrek van de verbrandingskamer op een punt, dat ligt tussen het kopeind en het uitlaateind, zodat ten minste een deel van de oxydatiemiddelstroom direct voortgaat naar het kopeind en daar reageert met de geinjec-teerde kool in een eerste verbrandingsfase; 20 een slaktap in de verbrandingskamer voor het yerwijderen van onbrandbare slak en uitlaatmiddelen, die liggen aan het uitlaateind om een uitlaat voor de verbrandingsproducten te yerschaffen.

16. Koolverbrandingsinrichting volgens conclusie 15, waarin: de verbrandingskamer horizontaal is georien- teerd; en de slaktap ligt in de cilindrische wand 30 van de yerbrandingskamer.

17. Koolverbrandingsinrichting volgens conclusie 16, waarin : de middelen voor het injecteren van oxydatiemiddelgas ongeveer midden tussen het kopeind en het uitlaat-35 eind liggen; en de slaktap bij het uitlaateind ligt.

18. Koolverbrandingsinrichting volgens conclusie 16, waarin: de middelen voor het injecteren van oxydatie-40 middelgas liggen bij het uitlaateind om een betrekkelijk 8220118 • *· -2 3- klein volume voor de tweedy verbrandingsfase te verschaffen; en de slaktap ligt in het kopeind, waar slakvormen-de verbranding optreedt. 5

19.Koolverbrandingsinrichting volgens conclusie 16, waarin de middelen voor het injecteren van oxydatiemid-delgas zijn van het uitgespaarde spiraalvormige type om een verdere reductie in axiale lengte van de verbrandingsinrich-ting en een meer gelijkmatig stromingspatroon van het oxyda-10 tiemiddelgas te verschaffen.

20. Dubbeleindige koolverbrandingsinrichting, omvattend: eerste en tweede verbrandingskamers met aan el-kaar gekoppelde uitlaateinden om een uitlaatsamenstel te vor-15 men en met tegenovergestelde kopeinden; eerste en tweede middelen voor het injecteren van poederkool in de eerste en tweede kopeinden; eerste en tweede middelen voor het injecteren van oxydatiemiddelgas bij een uitlaatsamenstel op zodanige 20 wijze, dat ten minste een deel van het oxydatiemiddelgas stroomt naar de kopeinden van elk van de eerste en tweede verbrandingskamers;en eerste en tweede slaktappen die liggen aan de kopeinden van de eerste en tweede verbrandingskamers; 25 waarin de verbranding in de kopeinden geschiedt bij een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding en het koppelen van de uitlaateinden warmteverliezen reduceert en het thermodynamisch rendement verhoogt.

21. Koolverbrandingsinrichting volgens conclusie 30 20., waarin; de middelen voor het injecteren van oxydatiemiddelgas op zodanige wijze werken, dat een ander deel van de oxydatiemiddelstroom direct voortgaat naar de respectie-yelijke uitlaateinden, daar reageert met de producten van de 35 eerste verbrandingsfase in een tweede verbrandingsfase; en de stoichiometrische verhouding met betrekking tot de eerste verbrandingsfase aanzienlijk lager is dan de totale stoichiometrische verhouding voor de verbrandingsin-r relating..

22. Koolverbrandingsinrichting volgens conclusie 8220118 * -24- 21. waarin ongeveer de hel'ft van de oxydatiemiddelgasstroom direct yoortgaat naar de kopeinden van elk van de verbrandings-kamers, en de stoichiometrische verhouding met betrekking tot de eerste verbrandingsfase ongeveer de helft is van de totale 5 verhouding voor de verbrandingsinrichting.

23. Koolverbrandingsinrichting volgens conclu- sie 20t waarin: de middelen voor het injecteren van oxydatie-middelgas de gehele stroom van oxydatiemiddelgas direct rich-10 ten naar de kopeinden; en de stroom van oxydatiemiddelgas wordt geregeld voor het yerkrijgen van een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding in de kopeinden om verbrandingsproducten op te le-veren, die rijk zijn aan brandbare bestanddelen.

24. Werkwijze voor het laten werken van een koolverbrandingsinrichting omvattende de stappen van: het injecteren van oxydatiemiddelgas aan de omtrek in een verbrandingskamer met een kopeind en een uit-laateind, op zodanige wijze, dat ten minste een deel van de 20 stroming wordt gericht naar het kopeind; het injecteren van poederkool in het kopeind op zodanige wijze, dat verbranding aanvankelijk plaatsvindt bij een relatief lage stoichiometrische verhouding en lage temperatuur, ongeacht het uiteindelijke gebruik van de gas-25 yormige verbrandingsproducten en ongeacht de totale stoichio-metrie van de verbrandingsinrichting; het verwijderen van onbrandbare slak uit de verbrandingskamer; en het uit de verbrandingskamer laten treden van 30 de in wezen gasvormige verbrandingsproducten.

25. Werkwijze yolgens conclusie 24, waarin: de stap van injecteren van oxydatiemiddelgas omvat het injecteren van het oxydatiemiddelgas tangentiaal in de verbrandingskamer op een punt tussen het kopeind en het 35 uitlaateind op zodanige wijze, dat de oxydatiemiddelgasstroom zich splitst in twee ongeveer gelijke delen met tegenoverge-stelde axiale snelheidscomponenten, en de stap van injecteren van poederkool in het kopeind omvat het injecteren van de kool in het oxydatiemid-40 delgasdeel, dat stroomt in het kopeind; 8220118 -25- wsiarin een eerste verbrandingsfase optreedt aan het kopeind met een stoichiometrische verhouding van ongeveer de helft van de totale verhouding voor de verbrandingsinrich-ting;

26. Werkwijze volgens conclusie 24, waarin: de stap van injecteren van oxydatiemiddel-gas omvat het injecteren van het oxydatiemiddelgas in de kamer op een punt tussen het kopeind en het uitlaateind op zodanige wijze, dat althans nagenoeg de gehele gasstroom 10 wordt gericht naar het kopeind en nietS naar het uitlaateind; en het regelen van de stroom van oxydatiemiddelgas yoor het verkrijgen van een gewenste stiochiometrische verhouding in het kopeind, die ook gelijk is aan de totale 15 stoichiometrische verhouding voor de gehele verbrandings-inrichting.

27. Brandstofverbrandingsinrichting, om- vattend: een verbrandingskamer met een kopeind en een 20 uitlaateind, middelen voor het injecteren van oxydatiemiddelgas aan de omtrek in de verbrandingskamer tussen het kopeind en het uitlaateind op zodanige wijze, dat ten minste een deel van de oxydatiemiddelstroom voortgaat naar het kop-25 eind, middelen voor het injecteren van brandstof in het kopeind om te reageren met het oxydatiemiddelgas in een eerste verbrandingsfase; en middelen, die liggen aan het uitlaateind 30 om een uitlaat voor de verbrandingsproducten te verschaffen.

28. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 27, waarin; de brandstof as produceert bij verbranding; en 35 de yerbrandingsinrichting verder is voor- zien yan middelen yoor het verwijderen van de as uit de verbrandingskamer .

29. Koolverbrandingsinrichting volgens conclusie J. of 15, en verder voorzien van middelen, die zijn be- 40 vestigd aan de wanden van de verbrandingskamer om de aanhech- 8220118 ¥ -26- ting van vast geworden slak op de wanden van de kamer te faevorderen.

30. KoOlverbrandingsinrichting volgens conclusie 29, waarin: 5 de aan de wanden van de verbrandingskamer bevestigde middelen meerdere opstaande pennen omvatten. 8220118 PCT-N/31.191-tM/f. : · -v- * ' Verbeterde conclusies.

31. Brandstofverbrandingsinrichting, voor-zien van een verbrandingskamer met een kopeind en een tegen-overgesteld uitlaateind, brandstof- en oxydatiemiddelinlaat-middelen voor het toevoeren van deeltjesvormige vaste brand- 5 stof in de kamer aan het kopeind en het toevoeren van oxy-datiemiddel in de kamer om een rotatiestroming met hoge snelheid in de kamer te verkrijgen, een uitlaat voor het afvoeren van verbrandingsprodukten uit het uitlaateind van de kamer, een slakvormleiplaat tussen de einden en een 10 slaktap voor het verwijderen van slak uit de kamer, waarbij de verbrandingsinrichting isgekenmerkt doordat de inlaatmiddelen een stroming van een deel van het oxyda-tiemiddel naar het kopeind van de kamer en een stroming van de rest van het binnentredende oxydatiemiddel naar het 15 uitlaateind van de kamer bewerkstelligen, waardoor de brandstof en het oxydatiemiddeldeel reageren in het kopeind van de kamer in een eerste verbrandingsfase bij een betrekke-lijk lage stoichiometrische verhouding en een corresponde-rend lage temperatuur, zodat het slakgehalte van de binnen-20 tredende brandstof vloeibaar wordt gemaakt met minimale verdampi'ng en de vloeibare slak wordt gecentrifugeerd op de kamerwand voor verwijdering door de slaktap, en de rest van het binnentredende oxydatiemiddelgas reageert met de verbrandingsprodukten van de eerste fase bij het uitlaateind 25 van de kamer in een tweede verbrandingsfase om een totale stoichiometrische verhouding te verkrijgen , die aanzienlijk hoger is dan die van de eerste fase.

32. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31, verder gekenmerkt doordat de inlaat- 30 middelen een tangentiale oxydatiemiddelgasinlaat omvatten tussen de kamereinden, die het splitsen van de binnentredende oxydatiemiddelgasstroom bewerkstelligen om het oxydatiemiddeldeel te verschaffen dat stroomt naar het kamerkopeind en de rest van het oxydatiemiddel, dat stroomt naar het 35 kameruitlaateind, waardoor de stroming van het oxydatiemid-delgasdeel in het algemeen geschiedt in tegenstroom ten op-zichte van de stroming van brandstof en verbrandingsprodukten van de eerste fase door de kamer. 8220118 > , -2&-

33. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat de inlaatmiddelen althans nagenoeg al het binnentredende oxyda-tiemiddelgas richten naar het kopeind.

34. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat onge-veer de helft van het binnentredende oxydatiemiddelgas stroomt naar het kopeind en de stoichiometrische verhouding van de eerste verbrandingsfase ongeveer de helft van de totale ver- 10 houding voor de verbrandingsinrichting is.

35. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat de inlaatmiddelen een uitgespaarde oxydatiemiddelinlaat van het spiraalvormige type omvatten voor het injecteren van oxydatie- 15 middelgas tangentiaal in de kamer.

36. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat de uitlaat axiaal door het kameruitlaateind opent.

37. Brandstofverbrandingsinrichting volgens 20 conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat de uitlaat een spiraalvormige uitlaat omvat, die tangentiaal opent uit het kameruitlaateind.

38. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat de 25 uitlaat zijwaarts uit het kameruitlaateind opent.

39. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 32, verder gekenmerkt doordat de oxydatiemiddelinlaat dichter bij het kopeind ligt dan bij de leiplaat en de slaktap bij de leiplaat ligt.

40. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 32, verder gekenmerkt doordat de oxydatiemiddelinlaat ongeveer halfweg tussen het kopeind en de leiplaat ligt en de slaktap bij de leiplaat ligt.

41. Brandstofverbrandingsinrichting volgens 35 conclusie 32, yerder gekenmerkt doordat de oxydatiemiddelinlaat dichter bij de leiplaat ligt dan bij het kamer-kopeind en de slaktap bij het kamerkopeind ligt.

42. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31, yerder gekenmerkt door een tweede 40 verbrandingskamer met een uitlaateind, dat opent naar het uit- 82 2 0 1 1 8 - *9- 11. laateind van de eerstgenoemde verbrandingskamer en een tegen- overgelegen kopeind, tweede brandstof- en oxydatiemiddelin-laatmiddelen voor het toevoeren van deeltjesvormige vaste koolstofhoudende brandstof in het kopeind van de tweede kamer 5 en het toevoeren van oxydatiemiddelgas in de laatste kamer om een stroming met hoge snelheid daarin te verkrijgen, een uitlaat voor het afvoeren van verbrandingsprodukten uit het uitlaateind van de tweede kamer, een slaktap voor het verwij-deren van slak uit de tweede kamer, waarbij de inlaatmiddelen 10 van de tweede kamer een stroming van een deel van het binnen-tredende oxydatiemiddelgas bewerkstelligen naar het kopeind van de tweede kamer en een stroming van de rest van het bin-nentredende oxydatiemiddelgas naar het uitlaateind van de tweede kamer, waardoor het oxydatiemiddelgasdeel en de bin-15 nentredende brandstof reageren in het kopeind van de tweede kamer in een eerste verbrandingsfase bij een betrekkelijk lage stoichiometrische verhouding en een corresponderend lage temperatuur, zodat het slakgehalte van de binnentredende brandstof vloeibaar wordt gemaakt met minimale verdamping en 20 de vloeibare slak wordt gecentrifugeerd op de kamerwand voor verwijdering via de slaktap en de rest van het binnentredende oxydatiemiddelgas reageert in het uitlaateind van de tweede kamer met de verbrandingsprodukten van de eerste fase in een tweede verbrandingsfase om de tweede verbrandingskamer te 25 voorzien van een totale stoichiometrische verhouding, die aanzienlijk hoger is dan de stoichiometrische verhouding van de eerste fase in de tweede kamer.

43. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat de 30 verbrandingskamer vertikaal is opgesteld met zijn uitlaateind omhoog en zijn kopeind omlaag.

44. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 43, verder gekenmerkt doordat de inlaatmiddelen een aantal brandstofinlaatpoorten omvatten, die langs 35 de orntrek op afstand rondom het kopeind van de verbrandingskamer aangebracht zijn.

45. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 43, verder gekenmerkt doordat de slaktap centraal is gelegen aan de bodem van de verbrandingskamer.

46. Brandstofverbrandingsinrichting volgens 8220118 r , -3*- * conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt door middelen die zijn bevestigd aan de wanden van de verbrandingskamer om de aanhechting van vast geworden slak aan de wanden van de kamer te bevorderen.

47. Brandstofverbrandingsinrichting volgens conclusie 31 of 32, verder gekenmerkt doordat de totale stoichiometrische verhouding voldoende hoog is om een althans nagenoeg volledige vergassing van de brandstof te bewerkstelligen, terwijl de verbrandingstemperaturen voldoen-10 de laag zijn om verdamping van vloeibare slak te verhinderen.

48. Verbrandingswerkwijze, omvattende het toevoeren van deeltjesvormige vaste koolstofhoudende brandstof en oxydatiemiddel in een reactiekamer met een kopeind en een tegenovergesteld uitlaateind op een wijze om een ro-15 tatiestroming met hoge snelheid in de kamer te verkrijgen, het afvoeren van verbrandingsprodukten uit het uitlaateind van de kamer, en het verwijderen van slak uit de kamer, waar-bij deze werkwijze is gekenmerkt doordat de brandstof binnentreedt aan het kopeind van de kamer, een eerste 20 deel van het binnentredende oxydatiemiddel stroomt naar het kopeind van de kamer en de rest van het oxydatiemiddel stroomt naar het uitlaateind van de kamer, waardoor het eerste deel reageert in het kopeind van de kamer met de binnentredende brandstof in een eerste verbrandingsfase met 25 een hetrekkelijk lage stoichiometrische verhouding en een corresponderend lage temperatuur, zodat het slakgehalte van de brandstof vloeibaar wordt gemaakt met minimale verdamping en de vloeibare slak wordt gecentrifugeerd op de kamerwand voor yerwijdering uit de kamer en de rest van het binnentre-30 dende oxydatiemiddel reageert met de verbrandingsprodukten van de eerste fase in een tweede verbrandingsfase bij het uitlaateind van de kamer om een totale stoichiometrische verhouding te yerschaffen, die aanzienlijk hoger is dan die van de eerste fase.

49. Werkwijze volgens conclusie 48, verder g e k. e n m e r k. t doordat het oxydatiemiddel tangentiaal in de yerbrandingskamer wordt gexnjecteerd tussen het kopeind en het uitlaateind, op zodanige wijze, dat de binnentredende oxydatiemiddelstroom zich splitst voor het verschaffen van 40 het oxydatiemiddeldeel, dat stroomt naar het kopeind en de 8220118 w , -w- t i v oxydatiemiddelrest, die stroomt naar het uitlaateind, waar-door de stroming van het oxydatiemiddeldeel naar het kopeind van de kamer in het algemeen geschiedt in tegenstroom ten opzichte van de stroming van brandstof en verbrandingspro-5 dukten door de kamer.

50. Werkwijze volgens conclusie 48 of 49, verder gekenmerkt doordat de eerste verbrandings-fase geschiedt bij een stoichiometrische verhouding, die ongeveer de helft is van de totale verhouding voor de ver-10 brandingsinrichting.

51. Werkwijze volgens conclusie 48 of 49, verder gekenmerkt doordat althans nagenoeg al het binnentredende oxydatiemiddel wordt gericht naar het kopeind van de kamer. 8220118