SE441775B - Brennare - Google Patents

Description

8305351-2 10 15 20 25 30 elektrodbyte, när en elektrod har förbrukats och skall ersättas med en ny. En nackdel med Söderberg-elektroden är emellertid, att det vid bakningen eller sintringen av briketterna under elektrodens användning utvecklas förbränningsgas, innehållande förutom kolmonoxid och koldioxid även oförbränt kol, tjära och kolväteprodukter (bensapyren m m) i betydligt större mängd än vad fallet är i fråga om elektroden av pre-baked typ, vilken är bakad och sintrad och därmed "avbränd“, innan den sättes in i elektrodugnen. De avgaser, som avgår från en elektrodugn, vilken arbetar med elektroder av pre-baked typ, är som följd härav renare och lättare att hantera och förorsakar mindre miljöproblem än avgaserna från en elektrodugn, som arbetar med elektroder av Söderberg-typ.

Förutom de nämnda ämnena innehåller avgaserna från elektrod- ugnar, vilka användes för smältelektrolysering av en lösning av aluminiumoxid och kryolit vid framställning av aluminium, även aluminiumoxid och fluor, den sistnämnda inte bara i gasform utan även i fast form som fluorföreningar (salter och fluorider). De fasta komponenterna i avgaserna avskiljes i filter, antingen elektrofilter eller slangfilter, inte endast av miljöskäl för att renare avgaser skall släppas ut i omgivningen, utan framför allt för återvinning av aluminiumoxid och fluorföreningar. Före- kommande tjära i avgaserna ställer emellertid till problem vid filtreringen genom att den sätter igen filtret, om det är ett slangfilter, och bildar beläggning på elektroderna, om det är fråga om ett elektrofilter. Tjäran är också till besvär genom att den sätter sig på ytorna i de rörledningar, som avgaserna ledes bort i, och även på ytorna i eventuellt anordnade värme- växlare för uttagning av värmeenergi från avgaserna. Man har därför försökt att få bort tjäran (och även andra brännbara komponenter i avgaserna) genom att låta en oljelåga brinna på något ställe i ledningen för avgaserna, men denna metod har visat sig vara ineffektiv; tillräckligt med tjära finns kvar i avgaserna för att man skall få problem med igensättning och på- slag. l0 15 20 25 30 8305351-2 En hög tjärhalt i avgaserna nödvändiggör att dessanedkyles till så låg temperatur, att det inte föreligger risk för antänd- ning av tjäran och andra brännbara beståndsdelar i avgaserna vid filtrering och annan efterbehandling av avgaserna och inte heller finns risk för antändning av den tjära, som avsatts på ytorna i ledningar och apparatur. Detta innebär i sin tur, att möjlighe- terna till värmeåtervinning från avgaserna är starkt begränsade.

Uppfinningen syftar till att åstadkomma en anordning av det inledningsvis angivna slaget, vilken speciellt möjliggör en effektivare rening av avgaserna från en elektrodugn med anod av Söderberg-typ, så att slutprodukten av avgaserna efter filt- rering är en helt ren, utbränd gas, vilken utan risk för miljö- förstöring kan få avgå till omgivningen. Genom uppfinningen skall det också göras möjligt att på bättre sätt kontrollera avgasernas temperatur, så att man kan välja önskad exerginivå hos avgaserna, exempelvis för anpassning till värmeväxlare för värmeåtervinning eller till annan apparatur. Generellt efter- strävas emellertid genom uppfinningen att tillgodose såväl högt ställda miljökrav som ekonomiska krav vid förbränningen av en godtycklig fluid.

I angivet syfte har anordningen enligt uppfinningen erhål- lit de kännetecken som framgår av patentkravet l, och för när- mare förklaring av uppfinningen skall ett utförande därav be- skrivas närmare i det följande med tillämpning på elektrodugnar för framställning av aluminium och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka FIG l är en schematisk vy av två elektrodugnar med anod av Söderberg-typ och anslutna till en förbränningsanordning enligt uppfinningen och FIG 2 är en schematisk vertikalsektionsvy av själva för- bränningsanordningen.

Med hänvisning till FIG l visas där två elektrodugnar, vardera innefattande en ugnskammare l0, vars botten är utförd som katod ll, medan en anod 12 uppifrån sträcker sig ned i ugns- kammaren. Anoden antages vara av Söderberg-typ och är sålunda 8305351-2 10 15 20 25 30 35 konstruerad på det sätt som närmare angivits ovan. Ugnskammaren l0 är försedd med en huv eller ett hölje l3 för uppsamling av de avgaser, som utvecklas i ugnskammaren, då elektrodugnen är i drift. Under antagande av att elektrodugnen användes för smält- elektrolysering av en lösning av bl a aluminiumoxid och kryolit, innehåller dessa avgaser kolmonoxid, koldioxid, oförbränt kol, tjära, kolväteprodukter, aluminiumoxid, fluor och fluorföreningar, såsom angavs ovan. Från huven eller höljet l3 går en ledning l4 för avledning av avgaserna från ugnen, och denna ledning från vardera elektrodugnen är ansluten till en för de båda ugnarna gemensam reaktor l5 för efterförbränning av avgaserna. Flera ugnar än två kan därvid varaamslutna till en och samma reaktor.

Reaktorn l5 är tydligare visad i FIG 2 och innefattar en brännkammare l6, vilken har formen av två stympade koner med storändarna vända mot varandra, så att brännkammaren har ett vidare centralt parti och avsmalnar från detta parti mot sin övre resp nedre ände. Ledningarna l4 är anslutna till en till- förselledning l7 för avgaserna, vilken sträcker sig koaxiellt in i den rotationssymmetriska brännkammaren genom dennas övre ände och slutar ungefär i centrum av brännkammaren, där till- förselledningen är ansluten medelst en ändvägg l8. Ringformigt anordnade utloppsöppningar l9 i form av slitsar eller gälar, som är långsträckta i tillförselledningens axialriktning, är belägna på något avstånd ovanför ändväggen l8, medan ringformigt anordnade utloppsöppningar 20 är belägna nedanför öppningarna l9 alldeles intill ändväggen 18. I den ringformiga öppningen mellan tillförselledningen l7 och brännkammarväggen i brännkam- marens övre ände är anordnad en turbulator Zl, och till öppningen är ansluten en ledning 22 med spjäll 23 för tillförsel av primär- luft till brännkammaren via turbulatorn 21. Den nedre änden av brännkammaren ansluter sig till en diffusor 24, som övergår i en utloppsstuts 25, och såväl brännkammaren l6 som diffusorn 24 är omgivna av en yttermantel 26, som tillsamman med brännkammar- väggen avgränsar en ringformig luftkanal 27 för tillförsel av sekundärluft, vilken ledes till luftkanalen 27 dels upptill l0 15 20 25 30 35 8505351-2 genom en ledning 28 med spjäll 29 och dels nedtill genom en ledning 30 med spjäll 31. Insläpp 32 för sekundärluft är an- ordnade i brännkammarväggen i brännkammarens vidare mittområde något nedanför tillförselledningens l7 slutna nedre ände.

I brännkammaren 16 finns en tändapparat 33, som är placerad upptill i brännkammaren i närheten av den ringformiga öppningen med turbulatorn 21, och denna tändapparat kan utgöras av en olje- eller gaseldad brännare eller kan vara av elektrisk typ. I före- liggande fall är den visad som en brännare, vilken riktar sin flamma snett nedåt in i brännkammaren l6. Även utloppsstutsen-25 är omsluten av en yttre mantel 34, som är ansluten till en ledning 35 med spjäll 36 för tillförsel av kylluft, för vilken utlopp 37 är anordnade i utloppsstutsen 25. Till utloppsstutsen är ansluten en ledning 38 för vidarebe- fordring av de avgaser, som har strömmat genom reaktorn 15, och i denna ledning kan vara inkopplad en sugfläkt 39, såsom visas här.

Under drift av reaktorn l5 är tändapparaten 33 ständigt in- kopplad, om detta behövs med hänsyn till gaskvaliteten, och suges de i elektrodugnarna utvecklade avgaserna medelst fläkten 39 från ugnarna genom reaktorn för att sedan vidarebefordras genom led- ningen 38 till filter, värmeväxlare eller annan apparatur, innan avgaserna får avgå till omgivningen. Primärluft, sekundärluft och kylluft tillföres reaktorn från fläkt vid lämpligt tryck och vid lämpligt flöde, som regleras medelst spjällen 23, 29, 3l och 36.

Avgaserna strömmar ut radiellt från tillförselledningen l7 genom de slitsformiga öppningarna l9 för att komma in i bränn- kammaren, men en del av gasen strömmar också ut genom öppningarna , 20, och denna gas tar med sig tyngre fasta partiklar, som med- följer avgaserna. Ändväggen l8 är vid sin periferi utförd som en ringformig deflektor för att rikta gasströmmarna och däri före- kommande fasta partiklar från öppningarna 20 något snett uppåt mot brännkammarens övre ände.

Hfimäfluftmikommer in i brännkammaren l6 via turbulatorn 21 l0 l5 20 25 3G 35 8305351-2 och bibringas därigenom en virvelrörelse i brännkammaren, och den möter i brännkammaren den genom öppningarna 32 tillförda sekundärluften och de genom öppningarna l9 och 20 tillförda av- gaserna. Genom det beskrivna arrangemanget uppnås en intensiv turbulens hos luft och avgaser i brännkammaren l6, varvid avga- serna virvlar uppåt omkring tillförselledningen l7 och därvid G möter den likaledes omkring tillförselledningen l7 roterande primärluften, varvid det i samverkan med den tillförda sekundär- luften också bildas virvlar i brännkammaren på det sätt som har antytts i FIG 2. Brännbara komponenter i avgaserna, såsom tjära, kolmonoxid och kolväten, antändes av tändapparaten 33 och under- går en intensiv förbränning i brännkammaren genom den omsorgs- fulla blandningen av avgaser och luft och den interna rökgas- återföring som sker i förbränningsrummet på grund av dettas ut- formning. Därigenom erhålles lägre halter av PAH (polyaromatiska kolväteföreningar) och NOX.

De i det närmaste utbrända avgaserna passerar genom den av brännkammaren bildade snävare öppningen 40 i brännkammarens nedre ände in i diffusorn 24. Genom att avgaserna måste passera förträngningen, kan ett högre tryck upprätthållas i brännkamma- 7 ren än på nedströmssidan av förträngningen, varigenom brännkam- maren l5 kan göras mera "samlad" eller begränsad. Tryckförlus- ten i förträngningen âtervinnes i diffusorn 24, där även en slutförbränning av avgaserna sker. I stutsen 25 tillföres kyl- luft genom öppningarna 37, för att avgaserna skall få den tem- peratur som är lämpligast med hänsyn till efterföljande arrange- mang, d v s temperaturen på avgaserna regleras till det värde som den bör ha vid efterföljande filtrering, värmeväxling etc.

Man har sålunda möjlighet att välja den exerginivå hos de från reaktorn avgående avgaserna, som med hänsyn till omständigheterna bedömes vara den mest lämpliga.

Gasflödet till reaktorn är sannolikt i den här avsedda speciella tillämpningen inte konstant utan kommer att variera.

Sådan variation kan uppstå exempelvis vid aluminiumframställning som följd av att man tid efter annan slår hål på slaggskorpan l0 15 20 25 30 8305351-2 (crusten), som täcker smältan i ugnen, för beskickning av ugnen eller för tappning av smält aluminium från ugnen med hävert. vid reaktorn enligt uppfinningen kompenseras för sådana variationer dels genom att tändapparaten 33 ständigt hâlles i drift för an- tändning av avgaserna, om de inte kan självtända på grund av en förekommande reduktion i avgastillförseln, och dels genom att förbränningszonen i brännkammaren l6 är lång på grund av den förekommande vírvelbildningen och efterföljes av slutförbränning i diffusorn 24. Utjämning av variationerna i tillförseln av avgaser kan dessutom uppnås genom att flera ugnar är anslutna till en och samma reaktor.

Det konstruktiva utförandet av reaktorn kan modifieras, men det här beskrivna utförandet anses för närvarande som det mest fördelaktiga. Genom den speciella utformningen av tillför- _selledningen l7 i dennas mynningsände uppnås en självrensning, eftersom större fasta partiklar inte ges någon chans att ansam- las i tillförselledningen utan blåses ut genom öppningarna 20.

En annan utformning av inloppsledningen l7 kan emellertid vara nödvändig, om andra slags fluider skall förbrännas. Vidare er- hålles en kylning av brännkammarväggen genom att sekundärluften tillföres i den medelst manteln 26 avgränsade kanalen 27, så att temperaturen på brännkammarväggen kan hållas vid ett acceptabelt värde samtidigt som sekundärluft förvärmes, innan den släppes in i brännkammaren. Diffusorn 24 förhindrar uppkomsten av tryck- förluster och påslag av fasta partiklar i utloppet från brännkam- maren.

Claims (9)

8505351-2 l0 l5 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. l. Brännare för förbränning av en fluid, inne- fattande en mellan ett inlopp (21) för primärluft och ett utlopp (40) för rökgaser anordnad brännkammare (lö) och en i brännkammaren mynnande ledning (l7) för till- försel av fluiden, k ä n n e t e c k n a d av att led- ningen (l7) för tillförsel av fluiden är indragen i brännkammaren (l6) för att mynna huvudsakligen centralt i brännkammaren i ett mellan koniska ändpartier beläget vidare parti av brännkammaren.

2. Brännare enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d av att brännkammaren (16) i sin nämnda andra ände (40) genom en diffusor (24) ansluter sig till ett utlopp (25). '

3. Brännare enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att i det nämnda vidare partiets vägg är anordnade insläpp (32) för sekundärluft.

4. Brännare enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att inloppsledningens (l7) utloppsöppningar (l9, 20) mynnar i brännkammaren (l6) uppströms om in- släppen (32) för sekundärluft.

5. Brännare enligt krav 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d av att brännkammaren (lö) och eventuellt anordnad diffusor (24) är omgivna av en mantel (26) för tillförsel av sekundärluft till insläppen (32) för sekundärluft.

6. Brännare enligt något av krav l - 5, k ä n n e t e c k n a d av att inloppsledningen (l7) är sluten i sin ände inuti brännkammaren (16) och är anord- nad med periferiella utloppsöppningar (l9, 20).

7. Brännare enligt något av krav l - 6, k ä n n e t e c k n a d av att inloppet för primärluft är anordnat ringformigt omkring inloppsledningen (l7) och är försett med turbulator (Zl) för âstadkommande av primärluftens rotation kring inloppsledningen (l7) i 10 OO Cß! CD C51 OJ 01 ...x I I\D brännkammaren (16).

8. Brännare enligt något av krav 1 - 7, g k ä n n e t e C k n a d av att en tändanordning(33) är pïacerad i närheten av ínïoppet (21) för prímärïuft.

9. Brännare enligt något av krav 1 - 7, k ä n n e t e c k n a d av att utloppet är anordnat som en ut1oppsstuts (25) med ínsläpp (37) för tertiär- luft i utïoppsstutsens vägg.