NO146808B - Fremgangsmaate til fremstilling av ammoniumnitrat-, klorid- og dikalsiumfosfatholdige npk-gjoedningsmidler som er bestandige mot spaltning ved lavtemperaturforbrenning ogsaa ved forhoeyede temperaturer - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og innretning for forbrenning av lite flyktige væsker.

Den foreliggende oppfinnelse angår

en fremgangsmåte for forbrenning av

lite flyktige væsker, samt en innretning

for utførelse av fremgangsmåten. Videre

omfatter oppfinnelsen spesielle industrielle

anvendelser av fremgangsmåten og inn-retningen.

Det er kjent, at rasjonell utnyttelse av

lite flyktige brennbare væsker, som f. eks.

tunge oljer, hvis transport og lagring frem-byr tydelige fordeler, også er belemret med

visse ulemper. Da de første gang ble an-vendt industrielt ble de brent ved over-flateforbrenningsmetoden, hvor brennstof-fet holdes på et konstant nivå i en lite

dyp beholder og brennes over hele sin overflate ved kontakt med luft som ledes pa-rallelt med væskens fri, horisontale overflate. Disse metoder var brukbare i ganske

liten målestokk, men kunne ikke benyttes

i store anlegg, da de blant andre ulemper

ga foranledning til lokale, irregulære for-brenninger, under dannelse av røk og sot,

og dessuten krevet at forbrenningskam-meret hadde store dimensjoner.

Derfor blir for tiden, når det gjelder

industrielle anlegg, de tunge oljer (fyrings-olje, masut, o.s.v.) brent ved anvendelse

av brennere i hvilke væsken findeles, en-ten ved rent mekaniske midler eller ved at

den rives med av damp eller luft som står

under trykk. De hertil anvendte, ofte støy-ende, apparater er ømtålige og gir ikke

fullstendig jevn forbrenning under alle

forhold. De krever bruk av et betydelig

overskudd av luft, hvilket medfører dannelse av røk og varmetap. Ved enhver ujevnhet i driften dannes det små væske-dråper som faller ned i asken og der kan unngå å bli brent opp. Enn videre krever en slik «atomisering» av det lite flyktige brensel i gassen som underholder forbrenningen et forbrenningskammer av stort volum for at forbrenningen skal foregå effektivt, hvilket særlig er meget ufordel-aktig i moderne apparater hvor man til-streber en stor volumetrisk nytteeffekt, f. eks. i gassturbiner og i reaksjonsdrivan-ordninger.

Oppfinneren har ved undersøkelser og forsøk, foretatt blant annet for å over-vinne disse ulemper, funnet at det er mu-lig å unngå atomisering av væsken i et stort volum av forbrenningsluft, nemlig ved å la forbrenningsluft, som har en tilstrekkelig høy temperatur, boble gjennom et passende tykt lag av den lite flyktige brenselvæske. Dette vil med andre ord si, at grunnlaget for den foreliggende oppfinnelse består i at man frembringer en partiell fordampning av brenselet ved at dette forhåndsforbrennes i berøring med en fraksjon av den forbrenning underholdende gass, som bobler gjennom brenselet. Når en del av den forbrenning underholdende gass (som kan kalles «primærluft») inn-føres, i form av bobler og med en temperatur som er lik eller høyere enn brenselets antenningspunkt, i et flytende brensellag som har en viss tykkelse, blir alt det oksygen som inneholdes i disse gassbobler ab-sorbert ved den forbrenning som da inn-trer inne i brenselmassen. All den herved utviklede varme magasineres i brenselmassen, hvis temperatur derved heves. De gassbobler som trer ut ved væskens fri overflate inneholder ikke lenger oksygen, men består av nitrogen blandet med for-brenningsprodukter. De river med seg en betydelig mengde av brenselet i form av mettet damp. Brenselet fordampes ved en veldefinert temperatur og kan deretter forbrennes i et sekundært forbrenningsrom, i berøring med en passende og nøyaktig regulerbar mengde av forbrenning underholdende stoff.

Oppfinnelsen vedrører altså en fremgangsmåte for forbrenning av lite flyktige væsker idet fremgangsmåten er karakterisert ved at man gjennom et tilstrekkelig tykt væskelag som holdes på et praktisk talt konstant nivå leder en forbrenningsunderholdende gass i form av gassbobler ved en temperatur som er minst like høy som væskens antennelsestemperatur, hvoretter man i den medrevne brensel-damp innfører en ytterligere mengde forbrenningsunderholdende stoff som tillater i det minste partiell forbrenning, og at man deretter tilfører ytterligere en mengde forbrenningsunderholdende stoff tilstrekkelig for å oppnå fullstendig forbrenning av væsken.

I henhold til en utførelsesform av fremgangsmåten kan man, i nærheten av væskens fri overflate og under fordampningen, innføre en kompletterende mengde av forbrenning underholdende materiale, før man sikrer den avsluttende forbrenning ved tilføring av den nødvendige, fortrinnsvis forvarmede forbrenningsluft. På denne måte oppnår man en etter-forbrenning, som både gir en betydelig økning av pri-mærgassblandingens temperatur og en for-tynning av de i denne inneholdte brennbare damper, det kan da ikke inntre noen kondensasjon av dampene underveis til disses sluttforbrenning. En del av, eller alt forbrenningsunderholdende materiale kan med fordel sirkulere gjennom en kappe som omgir fordampningssonen, for-forbren-ningssonen og sluttforbrenningssonen, for å nytte en del av de kalorier som måtte spres og ellers forødes ved passeringen gjennom disse soner.

I forbindelse med den vedføyede teg-ning som viser et skjematisk snitt, be-skrives det nedenfor en utførelsesform av et apparat i henhold til oppfinnelsen.

Dette består av et kammer 1 som er ut-

ført av metall eller annet ildfast materiale, og som fortrinnsvis er isolert fra om-givelsene ved en eller flere isolerende, ikke viste, kapper. Kammeret 1 bærer en beholder 2, hvis bunn 2' er utstyrt med et antall åpninger 3. Den lite flyktige væske innføres i beholderen 2 gjennom røran-satsen 4 slik at væsken inntar et praktisk talt konstant nivå, hvis høyde h bestem-mes alt etter væskens natur og antallet og dimensjonene av åpningene 3. Denne høyde er som regel mellom ca. 5 og 10 cm.

Beholderen 2 er skilt fra kammerets 1 vegg ved et antall vegger 5, so.m skaffer lederom 5'. Gassen som underholder forbrenning innføres gjennom røret 6 og kom-mer til bunnen 2' etter å ha passert gjennom lederommet 5'.

Kammeret 1 er utstyrt med et hvelv, eller deksel 7 av metall eller annet ildfast materiale, og et rør 8 munner inn i mel-lomrommet mellom kammerets 1 vegg og hvelvet 7, og står derfra gjennom rundt hvelvets omkrets fordelte åpninger 9 i forbindelse med den fri overflate av væsken. Gjennom hvelvet 7 strekker det seg aksi-alt en konvergerende kanal 10, som etter-følges av en divergerende kanal 11. En rekke åpninger 12 er anordnet i omkretsen av venturiovergangen mellom kanalene 10 og 11. Fra et rør 13 kan forbrenningsunderholdende stoff føres inn gjennom åpningene 12, etter at det først har strømmet gjennom kammeret 14, som atskiller det øverste parti av kammeret 1 og den ytre, divergerende del 11. Den egentlige brenner dannes således av utløpet fra venturiovergangen 10—11.

Dette apparat arbeider på følgende

måte:

Gjennom røret 6 innføres det luft, som på forhånd er blitt opphetet, på en eller annen egnet måte, til en temperatur som ligger litt over væskens antennelsestemperatur. Deretter blir den brennbare væske innført i beholderen 2. Når væsken er blitt antent hever man dens nivå til høyden h idet innføringen gjennom røret 4 fort-setter, mens luften kan tilføres direkte utenfra og oppvarmes til ønsket temperatur, idet den passerer gjennom ledepartiet 5'. Fra bunnen 2' av beholderen 2 stiger luften opp gjennom væsken i form av bobler. Væsken forbrennes delvis og boblene, som nå har mistet sitt oksygeninnhold og som er belastet med væskedamp som de river -med seg i stor mengde, møter ved nivået h luft som føres inn gjennom røret 8 og hullene 9 under hvelvet 7. Det foregår da i denne sone en etterforbrenning, hvis forbrenningsgasser trekker med seg ytterligere mengder av ikke forbrent væske, og som strømmer til strupepartiet 10—11, i hvilket de møter forbrenningsluft, som er blitt tilført gjennom ledningen 13 og åpningene 12 og som er blitt forvarmet ved å passere gjennom kammeret 14. Den herved erholdte blanding forbrenner fullstendig i det divergerende parti 11, som danner den egentlige brenner.

Det blir nedenfor beskrevet to utførel-seseksempler på fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Eksempel 1.

I en brenner i henhold til oppfinnelsen forbrenner man en tung olje hvis forbrenningsverdi er 10500 kca/kg. Forholdet mellom oljens innhold av hydrogen og kar-bon er 14,8:85,2 og dens kokepunkt ca. 350°C. Beregning viser at det for forbrenning av 1 kg av denne olje kreves 14,85 kg tørr luft, som inneholder 3,46 kg oksygen, hvorved det fås forbrenningsgasser som inneholder 3,12 kg karbondioksyd og 1,34 kg vanndamp. Forbrenningsforsøkene ble utført ved atmosfæretrykk.

Ved å la luft, som var blitt forvarmet ved varmeutveksling med forbrennings-kammerets vegger, stabiliserte det således av varm luft gjennomstrømmende brensel seg på en temperatur av 275° ± 2°C. For å unngå enhver kondensasjon av damp benytter man en sekundær luftmengde som er like stor som den primære luftmengde, og temperaturen ved utgangen fra fordampningssonen heves med 250° til ca. 525°C. Ved å regulere sekundærluften om-hyggelig lykkes det å senke innholdet av oksygen i forbrenningsgassen til 0,28 pst. i forhold til nitrogenet. Beregning viser at den nødvendige mengde primærluft ved forbrenning av 1 kg tung olje tar opp 44 kg brennbar gass.

Forsøkene bekreftet at den mengde brensel som fordampes ved komplett for-

brenning av en oljeporsjon i fordamp-ningskammeret er avhengig av brennerens driftstrykk. Ved bruk av den samme tunge olje vil temperaturen under fordampningen stige til 320°C hvis trykket er 2 atmo-sfærer og til 475°C hvis trykket er 3,5 atmo-sfærer, den mengde brenselolje som fordampes pr. enhet forbrent olje synker fra 44 ved atmosfæretrykk til 40 ved 2 atm. og til 38 ved 3,5 atmosfærers trykk.

Dette eksempel viser tydelig at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor man lar en viss mengde forvarmet luft boble gjennom et tungt hydrokarbon, gir en særlig økonomisk metode for fordampning under trykk av analoge materialer. Ved forbrenning av 1 kg tung olje under ca. 3,5 atm. trykk fordampes det 38 kg, som blander seg med 15 kg dannet for-brenningsprodukt, som inneholder 11,4 kg nitrogen, 3,12 kg karbondioksyd og 1,34 kg vanndamp. Ved å la primærluften inne-holde mer oksygen, eller endog bestå av rent oksygen, kan man under høyt trykk oppnå en ennå større fordampning. Det kan være fordelaktig å underkaste de under trykk værende damper fysiske eller kjemiske behandlinger, for å endre deres sammensetning, før den endelige forbrenning foretas, eventuelt etter at man har skilt ut visse spesielle produkter.

Eksempel 2.

Man behandler i henhold til oppfinnelsen smeltet svovel, som her kan betrak-tes som en variabel varmekilde, som har en forbrenningsverdi av ca. 2020 kca/kg.

I en brenner av den foran beskrevne art brente man flytende svovel med luft under trykk og fikk en gass som inneholdt 19,5 pst. eller mer av svoveldioksyd. Også her ble det funnet, at den mengde svovel som fordampes pr. enhet forbrent masse er avhengig av arbeidstrykket og av svo-velbadets temperatur. Forsøk ga følgende resultater:

Videre ble funnet at det smeltede svo-velbads temperatur forblir tilstrekkelig

høy, selv ved atmosfæretrykk, til at badet beholder normal viskositet.

Ved å arbeide på den foran angitte

måte oppnår man en slik partiell forbrenning av flytende svovel som kan benyttes

til industriell fremstilling av sublimert

svovel, som har stor overflateaktivitet. Ved

å fordampe 14 kg svovel pr. forbrent kg

svovel oppnår man en økonomisk sublime-ring, som gir «svovelblomster» ved øye-blikkelig avkjøling av de fra fordampnings-kammeret uttredende damper, ved hjelp

av en kontinuerlig sirkulering av nitrogen

(som inneholder S02), som tar med seg

det faste kondensat til vanlige mekaniske

utskillingsapparater som sykloner, filtere

o.s.v. Ved å bruke rent oksygen i stedet for

vanlig luft og sirkulering av svoveldioksyd-gass for å kondensere det fordampede svovel, kan man samtidig med fremstilling av

sublimert svovel oppnå å fremstille rent,

vannfritt SO,. I dette tilfelle kan fordamp-ningsmengden heves til ca. 30 kg pr. kg

forbrent svovel.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for forbrenning av

lite flyktige væsker, karakterisert ved at man gjennom et tilstrekkelig tykt væskelag som holdes på et praktisk talt konstant nivå leder en forbrenningsunderholdende gass i form av gassbobler ved en temperatur som er minst like høy som væskens antennelsestemperatur, hvoretter man i den medrevne brenselsdamp innfø-rer en ytterligere mengde forbrenningsunderholdende stoff som tillater i det minste partiell forbrenning, og at man deretter tilfører ytterligere en mengde forbrenningsunderholdende stoff tilstrekkelig for å oppnå fullstendig forbrenning av væsken.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at man under fordampningen tilfører, i nærheten av væs kens fri overflate, en komplementerende mengde av forbrenningsunderholdende materiale, for å bevirke partiell forbrenning.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1— 2, karakterisert ved at alt eller en del av det forbrenningsunderholdende materiale opphetes ved å sirkuleres gjennom en kappe som omgir fordampningssonen, for forbrennings- og sluttforbrenningssonen.

4. Innretning for utførelse av fremgangsmåten i henhold til foranstående på-stander, karakterisert ved et kammer (1) av ildfast materiale, som bærer en beholder (2) med perforert bunn, en ledning (4) som tilfører væske til denne beholder (2), ledevegger (5) og mellomrom (5') som adskiller kammerets (1) vegger fra beholderens (2), en ledning (6) for tilføring av forbrenningsunderholdende gass til bunnpartiet av kammeret (1), et ildfast hvelv (7) som er anbragt ovenfor kammeret og skaffer et ringformet rom mellom seg og kammeret, et rør (8) for innledning av forbrenningsunderholdende gass til det ringformige rom gjennom en rekke åpninger som er anordnet i hvelvet i nærheten av væskens overflate, en konvergerende kanal (10) etterfulgt av en divergerende kanal (11) som er koaksiale med det øverste parti av kammeret og hvelvet, et ringformet rom mellom yttersiden av det divergerende kanalparti og det øverste av kammerets vegg, åpninger som forbinder dette rom med overgangspartiet i den konvergerende-divergerende kanal, samt et innløp (13) for forbrenningsunderholdende gass ved det øverste parti av det nevnte rom.