NL8600823A - Verstuivingsinrichting voor vloeibare brandstof en werkwijze voor het verstuiven van een vloeibare brandstof met stoom. - Google Patents

Description

i VO 8083

Verstuivingsinrichting voor vloeibare brandstof en werkwijze voor het verstuiven van een vloeibare brandstof met stoom.

De uitvinding heeft betrekking op een verstuiy ings inrichting voor vloeibare brandstof voor toepassing in een brander van het type, waarin stoom als verstuiringsmedium wordt gebruikt.

Verstuivingsinrichtingen voor vloeibare brandstof, waarin 5 stoom wordt toegepast, zijn algemeen bekend. Voorbeelden daarvan zijn te vinden in de Amerikaanse octrooischriften 3.829.015 en 4.152.108.

In elk van deze octrooischriften wordt stoom gebruikt als voortstuwings-medium ter bevordering van de verstuiking van de vloeibare brandstof, als deze uit de kop van de verstuiver wordt versproeid. De doelmatig-10 heid, waarmee de vloeibare brandstof wordt verstoven als deze wordt versproeid in een verbrandingskamer van een bijbehorende brander bepaalt ten dele de overmaat verbrandingslucht, die aan de brander moet worden toegevoerd om volledige verbranding van de verstoven brandstof te bereiken. Naarmate de verstuivingsgraad beter is zal de overmaat lucht, die aan 15 de brander moet worden toegevoerd om aanvaardbare vlampatronen te handhaven, minder zijn. Indien derhalve de overmaat lucht kan worden verminderd zal de totale efficiency van de bijbehorende brander en oven of andere gestookte verhitter verbeteren. Bij het verbranden van vloeibare brandstoffen en in het bijzonder van zware stookoliën in 20 ovens voor petroleumraffinageprocessen is het derhalve zeer gewenst zulke zware stookoliën met geïnjecteerde stoom doelmatig en volledig te verstuiven. Elke verbetering in de verstuiving die kan worden bereikt, zal de totale thermische efficiency van de bijbehorende gestookte verhittere vergroten, daar minder overmaat lucht moet worden toegevoerd 25 voor het bereiken van een volledige verbranding van de brandstof.

De uitvinding verschaft een verbeterde inrichting en werkwijze. voor het verstuiven van vloeibare brandstof, waarbij optimale efficiency wordt bereikt door de toevoer van vloeibare brandstof onder druk in een eerste wervelende schroefvormige richting in een meng-30 kamer. De mengkamer bevat tevens middelen voor de toevoer van stoom door een aantal hellende openingen, waardoor de stoom in een tegengesteld roterende werveling met de versproeide vloeibare brandstof in aanraking komt. Dit systeem van tegengesteld wervelende richtingen van de geïnjecteerde brandstof en stoom in de mengkamer veroorzaakt een maximum -2- ?· * turbulentie tussen de twee fluida als de ene stoot op de andere in onderling dichte nabijheid, zodat de kinetische energie van zowel de olie als van de stoom vrij komt als de twee stromen elkaar ontmoeten, waardoor de brandstofolie wordt verstoven. Het op elkaar stoten van de 5 twee tegengestelde stromen veroorzaakt hogere Reynoldsgetallen, waardoor de turbulentie verder wordt verhoogd en de menging wordt verbeterd.

Een eerste doel van de uitvinding is derhalve het verschaffen van een nieuwe verstuivingsinrichting en werkwijze, waarin de kinetische 10 energie van de versproeide vloeibare brandstof en van de geïnjecteerde stoom vrijkomt wanneer beide zich in onderling dichte nabijheid in tegengesteld wervelende vortices bevinden.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een 15 verstuivingsinrichting voor vloeibare brandstof, waarin een verbeterde verstuiving wordt bereikt binnen een mengkamer van de inrichting voordat de brandstof de kop van de inrichting verlaat.

Nog een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een 20 ver strings inrichting voor zware stookolie, waarbij oververhitte stoom wordt toegepast, welke inrichting eenvoudig van opzet, sterk van constructie, probleemloos in bedrijf en economisch te vervaardigen is.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening. Hier- 25 in is: fig.1 een zijaanzicht, dat de verstuivingsinrichting volgens de uitvinding toont, zoals zij wordt gemonteerd in een gedeeltelijk afgebeeld gedeelte van een brander in de wand of bodem van een oven; 3D fig. 2 een aanzicht in dwarsdoorsnede van de kop van de verstuiver over de lijn II-II van fig. 3 en fig. 3 een gedeeltelijk aanzicht in dwarsdoorsnede van de kop van de verstuiver, ten dele over de lijnΙΙΙ-ΙΠvan fig. 2.

Fig. 1 toont een verstuivingsinrichting 10 voor vloeibare 35 brandstof, gemonteerd en gedragen door een geleidingsbuis 14, die door een eindplaat 14 van een brander steekt. De onderhavige inrichting kan worden gebruikt voor branders van hogere intensiteit zoals beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.476.494 of 3.746.499. De brander, zoals in de genoemde octrooischriften beschreven, is meestal gemonteerd in een zijwand of bodem van een petroleumprocesoven (niet afgebeeld).

s ί5 · .

-3-

Het buitenoppervlak van de verstuivingsinrichting 10 is voorzien van een aantal centrerings- en steunmiddelen 16, die de inrichting binnen de buis 12 stabiliseren. Het samenstel 10 bevat een kop 18 die verstoven brandstof versproeit in de bijbehorende verbrandings- 5 kamer van de brander (niet afgebeeld) onder een gewenste sproeihoek 20.

Fig. 3 toont een vergrote dwarsdoorsnede van de kop 18. Daarin is een brandstofbuis 22 voorzien van een brandstofsproeimondstuk 24, door middel van een schroefdraadverbinding bevestigd is in een kraag 26, die op geschikte wijze gehecht is aan de binnenzijde van de brandstof- 10 buis 22. Concentrisch rondom de brandstofbuis 22 bevindt zich een stoombuis 28, die met de buis 22 een ringvormige stoomdoorgang 30 vormt. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt via 2 deze stoomdoorgang stoom onder een overdruk van 9,1-10,5 kg/cm in oververhitte toestand met een temperatuur van 315-400°C toegevoerd 15 aan een aantal tangentiele stoomopeningen 32.Deze stoomopeningen strekken zich uit door de wand van de brandstofbuis 22 en injecteren stoom in een schroefvormige vortex in de richting van de wijzers van een klok in een voortzetting 33 van de brandstofbuis 22. De brandstof- sproeikop 24 bevat tevens een paar tangentiele brandstofopeningen 34, 20 die vloeibare brandstof in de vorm van een tegen de wijzers van de klok in gerichte vortex in de ruimte benedenstrooms van het mondstuk 24 injecteren.De uit de openingen 34 tredende brandstof expandeert buitenwaarts tot een sproeihoek van ongeveer 90° en benadert de binnenwand van de buisvoortzetting 33 in de nabijheid van de via de 25 vier openingen 32 binnenwaarts geïnjecteerde oververhitte stoom.

Het uiteinde van de stoombuis 28 bevat een van schroefdraad voorzien gedeelte ,datverbonden is met de van schroefdraad voorziene kraag 38 die op zijn beurt de verstuiverkop 40 bevestigd aan het uiteinde van de buisvoortzetting 33. De holte binnen de ver- 30 stuiver kop 40 vormt tezamen met de buisvoortzetting 33 een mengkamer 42 voor stoom en vloeibare brandstof onmiddellijk benedenstrooms van de brandstofsproeikop 24. De sproeikop 24 kan voorzien zijn van hellende oppervlakken 36, waardoor de brandstofopeningen 34 penetre- 40 ren. De verstuiverkop bevat twee of meer afvoeropeningen 44 voor 35 verstoven brandstof, waardoor het verstoven mengsel van stoom en brandstof in de verbrandingskamer van de bijbehorende ovenbrander -4- it (niet afgebeeld) kan treden. Het best in fig. 3 is te zien dat in het samenstel van de verstuivingsinrichting de kop 40 voorzien kan zijn van schroefdraad in samenwerking met de kraag 38, hetzij voor de aanhechting van de kraag 38 aan de stoombuis 28 of nadat 5 de laatstgenoemde bevestigd is aan 28. In ieder geval dient te worden onderkend dat het overlappende grensvlak 46 tussen de verstuiverkop 40 en het buitenoppervlak van de buisvoortzetting 33 vrij kan roteren, zodat het samenstel gemakkelijk uit elkaar kan worden genomen en de 10 sproeikop naar behoefte kan worden vervangen.

Tijdens het bedrijf van de inrichting en de werkwijze volgens de uitvinding is gebleken, dat als de brandstofolie, die bijvoorbeeld een soortelijk gewicht van 1,068 (zware stookolie) kan hebben, aan de openingen 34 wordt toegevoerd onder een overdruk van 11,9-17,5 2 15 kg/cm , en als de oververhitte stoom met een temperatuur tussen 315 en 400°C aan de openingen 32 wordt toegevoerd onder een overdruk van 9,1-10,5 kg/crn , een superieure verstuiving van de zware stookolie wordt verkregen. Dit is te danken aan de dichte nabijheid van de plaats, waar de kinetische energie van de expanderende oververhitte stoom 20 door de openingen 32 vrijkomt en de plaats waar de kinetische energie van de via de openingen 34 versproeide brandstof vrijkomt. In het bijzonder wordt een verbeterde verstuiving bereikt door de tegengestelde rotatierichting van de brandstof en de stoom. Verder maakt de inrichting volgens de inrichting het mogelijk dat een geschikte keuze wordt gemaakt 25 van de onderlinge afvoer-of ontsnappingsgebieden tussen het totale gebied van de verstuiverkopmondstukken 44 ten opzichte van het totale gebied van de stoomafvoeropeningen 32. Bij voorkeur is het gebied van de afvoeropeningen in de verstuiverkop 40 2,5-3,5 maal, in het bijzonder 3,0 maal, zo groot als het gebied van de stoomopeningen.

30 Op deze wijze wordt een evenwicht bereikt tussen het totale tweetraps-drukverval tussen de aanvoerdrukken van de brandstofolie en de stoom en de verbrandingskamerdruk op nagenoeg atmosferische druk aan de afvoerzijde van de openingen 44. Het is gewenst dat het grootste gedeelte van de kinetische energie van de onder druk staande stromen 35 vrijkomt in de in tegengestelde richting wervelende stoom- en brandstof-vortices in de mengkamer. Dit wordt bereikt door betrekkelijk grote afvoeropeningen 44 in het verstuivermondstuk. Daardoor komt het grootste Λ Ö? -5- gedeelte van de beschikbare kinetische energie van de onder druk staande stoom en brandstof vrij in de mengzone 42 onmiddellijk benedenstrooms van de sproeikop 34.

Hoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van een speci-5 fieke belichaming, zal duidelijk zijn dat ook andere belichamingen tot de uitvinding behoren.

Claims (12)

1. Verstuivingsinrichting voor vloeibare brandstof, omvattende een brandstofbuis met een eerste uiteinde en een tweede uiteinde, een stoombuis, die de brandstofbuis concentrisch omgeeft en daarmede een ringvormige stoomdoorgang rondom de brandstofbuis vormt, en een 5 holle verstuiverkop,die voorzien is van e jectie-openingen voor verstoven brandstof en die samenwerkt met het eerste uiteinde van de brandstofbuis en daarmede een mengkamer voor brandstof en stoom vormt binnen het eerste uiteinde van de brandstofbuis, welke brandstofbuis brandstofsproeikoporganen omvat, voorzien van ten minste één 10 tangentiale opening voor het versproeien van vloeibare brandstof in de mengkamer in een eerste wervelende richting en ten minste een tangen-tiele stoomopening, die zich uitstrekt door het eerste uiteinde van de brandstofbuis en de ringvormige stoomdoorgang verbindt met de mengkamer, welke tangentiele stoomopening zodanig is aangebracht 15 dat de stoom in de mengkamer wordt gevoerd in een wervelende richting, die tegengesteld is aan de eerste wervelende richting van de vloeibare brandstof, waarbij de kinetische energie van de onder druk staande stoom, en brandstofstromen, die in de stoomdoorgang en de brandstofbuis stromen, behouden blijft totdat verstuiving optreeedt in de mengkamer, 20 wanneer de stoom en de vloeibare brandstof elkaar in tegengestelde wervelende richtingen ontmoeten.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de brand-stofsproeikoporganen twee tangentiele openingen bevatten voor het afvoeren van brandstof onder een sproeihoek van 90° en dat het eerste 25 uiteinde van de brandstofHrte.uertangentiele stoomopeningen bevat, stroomafwaarts van de brandstofsproeikoporganen op ongeveer de plaats, waar de versproeide brandstof met de brandstofbuis in aanraking komt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, dat de verstuiverkop door van schroefdraad voorziene kraagorganen is gehecht aan het eerste uiteinde 30 van de stoombuis.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de stoomdoorgang oververhitte stoom onder een overdruk van 10,5 kg/cm2 en met een temperatuur tussen 315 en 400°C door de stoomopeningen injecteert in de mengkamer. -7- ·.> è · -

5. Verstuivingsinrichting voor zware stookolie, omvattende een brandstofbuis met een cirkelvormige dwarsdoorsnede en een eerste uiteinde en een tweede uiteinde, een stoombuis met een cirkelvormige dwarsdoorsnede, die de brandstofbuis concentrisch omgeeft onder 5 vorming van een ringvormige stoomdoorgang rondom de brandstofbuis, en een holle verstuiverkop, die met het eerste uiteinde van de brandstofbuis samenwerkt onder vorming van een mengkamer voor brandstof en stoom binnen het eerste uiteinde van de brandstofbuis, welke brandstofbuis brandstofsproeikoporganen bevat met ten minste twee tangentiele openingen 10 voor het versproeien van vloeibare brandstof in de mengkamer in een eerste wervelende richting, en ten minste één tangentiele stoomopening die zich door het eerste uiteinde van de brandstofbuis uitstrekt en de ringvormige stoomdoorgang verbindt met de mengkamer, welke tangentiele stoomopening zodanig is gericht dat stoom in de mengkamer wordt ge-15 voerd in een wervelende richting, die tegengesteld is aan de eerste wervelende richting van de vloeibare brandstof, waarbij stoom en vloeibare brandstof elkaar in de mengkamer ontmoeten in tegengestelde wervelende richtingen.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de 20 tangentiele openingen van de brandstofsproeikoporganen zodanig zijn aangebracht, dat brandstof onder een sproeihoek van 90° in de mengkamer wordt gevoerd, en dat het eerste uiteinde van de brandstofbuis vier tangentiele stoomopeningen bevat, benedenstrooms van de brandstofsproeikoporganen op ongeveer de plaats, waar de versproeide brandstof 25 in aanraking komt met de binnenwand van de brandstofbuis.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de verstuiverkop door van schroefdraad voorziene kraagorganen aan het eerste uiteinde van de stoombuis is bevestigd.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met.het kenmerk, dat de stoom- 2 30 doorgang oververhitte stoom onder een overdruk van 9,1-10,5 kg/cm en een temperatuur van 315-400°C door de stoomopeningen in de mengkamer wordt geïnjecteerd, waarbij de verstuiverkop openingen bevat voor de afvoer van verstoven zware stookolie in een bijbehorende brander.

9. Werkwijze voor het verstuiven van een vloeibare brandstof 35 met stoom alvorens de brandstof wordt afgevoerd uit de kop van een brand-stofverstuiver, die voorzien is van een inwendige brandstofbuis en -8- van een stoombuis, die de brandstofbuis omgeeft onder vorming van een ringvormige stoomdoorgang rondom de brandstofbuis, met het kenmerk, dat vloeibare brandstof via een of meer openingen tangentiaal wordt versproeid in een mengkamer, gevormd door de verstuiverkop en een uiteinde van de 5 brandstofbuis, waarbij aan de vloeibare brandstof in de mengkamer een wervelende beweging in een eerste richting wordt verleend, en tangentiaal stoom uit de stoomdoorgang in de mengkamer wordt gevoerd in een wervelende richting, die tegengesteld is aan de eerste richting, waarbij de stoom en de brandstof elkaar in tegengestelde richtingen 10 wervelende ontmoeten.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de verstoven brandstof uit de mengkamer wordt geëjecteerd via openingen in de verstuiverkop, en waarbij de brandstof- en stoomstromen elkaar met maximale kinetische energie ontmoeten, welke energie vrijkomt 15 wanneer in de mengkamer verstuiving plaatsvindt.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat over- 2 verhitte stoom onder een overdruk van 10,5 kg/cm en met een temperatuur tussen 315 en 400°C wordt gebruikt voor het verstuiven van vloeibare brandstof met een soortalijk gewicht van ongeveer 1,068 g/cm^.

12.