NO850526L - Brenner for forbrenning av pulverformet brensel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en brenner for brenning

av pulverformet brendsel under utnyttelse av en med væske-eller gassformet brendsel frembragt hjelpeflamme, idet brenneren har en divergerende brennerdyse i hvilken det pulverformede brendsels tilførselsanordninger, en for for-brenninger av det gass- eller væskeformede hjelpebrendsel beregnede trykkvæske- eller pressluftbrenner, og et primær-luftinnløp munner ut, og nær hvis ytre ende det munner

ut et innløp for sekundær- eller hovedforbrenningsluften, idet trykkvæske- eller pressluftbrennerens brennermunnstykke er anordnet ved den divergerende brennerdysens smale ende.

Fyring med kullpulver eller pulverisert biobrendsel i suspensjon i luft krever vanligvis spesielle anordninger for opprettholdelse av tilstrekkelig høy flammetemperatur for at en akseptabel utbrenning av det tilførte brendsel skal kunne skje innen et gitt flammeromsvolum (oppholdstid i ildstedet). Man har derfor i brennere for forbrenning av pulverformede brendsler"utnyttet diverse tilleggsanord-ninger, så som anordninger for forvarming av forbrenningsluften og/eller det pulverformede brendsels transportluft, innmuringer i flammerommet, anordninger for hjelpefyring

med annet lettfyrt brendsel, f.eks. olje eller gass, og spesialutformede flammerom med murverk.

I det britiske patent GB-A-2 085 575 beskrives en brennerkonstruksjon som er av den innledningsvis angitte typen og har ringformet spalte for tilførsel av en luftbåret suspensjon av pulverformet brendsel. Ved denne kjente brenneren er det ringformede pulvertilførselsmunnstykket plassert utenfor sekundær-lufttilførselsmunnstykket, noe

som gir problemer idet pulverbrendslet mates inn i sekundær-luf tstrømmen som har forholdsvis lav temperatur. Som følge av dette kommer pulveret ikke til å tennes på en effektiv måte, dessuten har det vist seg at brennere av denne konstruksjon ikke kan benyttes i eller i det minste har dårlig funksjon i store ildstedrom. Ved prøver med helt opp til

95% hjelpebrendsel (olje) og bare 5% kullpulver i denne kjente konstruksjonen har man ikke kunnet oppnå tilfreds-stillende tenning av pulveret. Dersom denne brenneren er installert i såkalt flammerørskjeier, har man imidlertid oppnådd bedre resultater ved at den dannede flammen i et slikt rørformet fyrrom holdes samlet og pulveret holdes tilbake i flammen.

Det britiske patent GB-A-2 093 979 viser i fig. 3 og 4

en annen kjent brenner for pulverformede brendsler der man tilfører to støvformede tennbrendselsuspensjoner rundt en sentralt beliggende gassbrenner, idet den ene tennbrend-selsuspens j onen innføres gjennom et antall i en krans anordnede separate innløp som er aksielt rettet og anordnet mellom utløp for det ordinære mere grovkornede pulverformede brendslet. Ifølge patentskriftet skal arrangementet tjene til å muliggjøre inntrengning av sekundærluft i de gjenvær-ende områdene mellom de enkelte aksielle innløpene for hjelpepulverbrendslet. Også i dette tilfellet foreligger det vanskeligheter ved at tennpulverbrendslet og hovedpulver-brendslet kommer i kontakt med sekundærluften før en innblanding i hjelpeflammen.

Det britiske patent GB-A-2 089 963 viser en annen kjent brennerkonstruksjon der man utnytter er ringformet munnstykke for tilførsel av pulverbrendselsuspensjonen. Denne brenneren har de ovennevnte ulempene,~

Britisk patent GB-A-1 576 345 viser en ytterligere kjent brennerkonstruksjon der det pulverformede brendslet til-føres gjennom et ringformet munnstykke.

Det britiske patent GB-A-2 118 711 beskriver en brennerkonstruksjon der et antall munnstykker for sekundærluft er anordnet utenfor den egentlige flammen. Anordningen påstås å hjelpe til med oppvarming av pulveret ved resirkulering av varm gass inn i luften. Dette kan føre til en sinking av oksygenkonsentrasjonen i flammens ytre sjikt og kan forsinke eller bremse forbrenningen i pulverbrendslet. Dersom en slik brenner benyttes i store flammerom med lav veggtemperatur, f.eks. i en større hetvannskjele, kan den lave temperaturen i flammerommet dessuten medføre en ytterligere senking av flammetemperaturen, hvilket i sin tur fører til en ytterligere forsinkelse av utbrenningen av det pulverformede brendslet.

US patent 2 335 188 viser en brenner der det pulverformede brendslet tilføres gjennom en ringformet spalte. En slik brenner har også de ovennevnte ulempene.

Britisk patent GB-A-2 057 114 viser et ytterligere eksempel på en pulverbrenner der man benytter et ringformet munnstykke og der man utnytter et ultrafint kullpulver som tennbrendsel. Ettersom fremstillingen av ultrafine kull-pulverbrendsler er kostbare, blir driften av en slik brenner dyr.

Det tyske offentliggjøringsskrift DE-Al-2 816 674 er et ytterligere eksempel på en brennerkonstruksjon der man benytter et ringformet munnstykke for fremstilling av en forvarmet blanding av kullpulver og transportluft.

Et problem ved alle brennere for forbrenning av pulverformede brendsler er hvorledes det pulverformede brendslet skal tilføres for at man skal oppnå den akseptable utbrenningen. Foreliggende oppfinnelse går ut på å overvinne dette problem. Et annet formål ved oppfinnelsen er å oppnå en an-ordning som er slik at den kan utnyttes for konvertering av eksisterende oljefyrte kjeler til pulverfyring. En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å oppnå en brenner som kan fyres med pulverformede brendsler og gass- eller væskeformede brendsler i ønskede proporsjoner. Dette og andre formål oppnås med en brenner som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved det som angis i hovedpatentkravet. Brenneren ifølge oppfinnelsen har altså en divergerende brennerdyse ved hvis smale ende en trykkvæske- eller pressluftbrenner for gass- eller væskeformet hjelpebrendsel munner ut. Tilførselsanordningene for det pulverformede brendslet omfatter et antall adskilte, i en krans anordnede munnstykkeutløp som munner ut i brennerdysens divergerende veggparti i avstand fra både brennermunnstykket og innløpet for sekundær- eller hovedforbrenningsluft, og som er rettet i skrått innover mot brenneraksen og er anordnet på en vesentlig større innbyrdes avstand enn de enkelte munnstykke-utløpenes utbredning langs nevnte krans.

Brenneren ifølge oppfinnelsen benytter således en kombina-

sjon av såkalt forbrenningsdyse som kan være av murt utfør-else, og en tilleggsbrenner for frembringelse av en hjelpeflamme av i første rekke fyringsolje, men også andre flyt-

ende brendsler eller gass. I normale tilfeller behøver forbrenningsluften til brenneren ifølge oppfinnelsen ikke forvarmes.

Brenneren ifølge oppfinnelsen utnytter således en såkalt trykkvæske- eller pressluftbrenner, som er forsynt med spesielle anordninger for innmating av det pulverformede brendslet i nærheten av brennerens olje- eller gassmunn-

stykke på en slik måte at det pulverformede brendslet i form av konsentrerte stråler rett skrått innover mot brenneraksen. Ifølge oppfinnelsen skal pulveret mates inn i det området av hjelpebrennerens flamme der denne normalt er stabilisert, men før det sted der den vesentlige forbrenningsluften kommer inn i flammen. Ved hjelp av en slik utforming får man en rask oppvarming og en påbegynt avdriv-

ing av flyktige stoffer fra det pulverformede brendslet,

slik at et delvis tent eller i hvertfall meget tennvillig understøkiometrisk brendsel/luft-blanding foreligger i det området der den vesentlige forbrenningsluften blåses inn. Hele tennprosessen skjer innen det området av brenneren som omgis av ildfast murverk som tåler relativt høy

driftstemperatur.

Til skilnad fra mange av de ovennevnte kjente brennerne arbeider brenneren ifølge oppfinnelsen med såkalt ytre resirkulasjon av de varme forbrenningsgassene før tilførsel av sekundært- eller hovedforbrenningsluften. Ved de kjente brennerkonstruksjonene, f.eks. brenneren ifølge BG-A-

2 218 811 arbeider man med innvendig resirkulasjon, dvs.

de hete gassene føres innover mot sentrum av flammen.

I brenneren ifølge oppfinnelsen tilstrebes at flammen skal beskyttes fra innblanding av gasser fra ildstedsrommet og sekundær-lufttilførselen, inntil den i det minste er delvis tent eller i hvertfall meget tennvillig eller selv-brennende (dvs. selvunderholdende).

Ved en spesielt fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen er kransen av munnstykkeutløp fra tilførselsanordningen for det pulverformede brendslet anordnet i en slik radiell avstand fra innerenden av brennerdysens divergerende veggparti, som tilsvarer omtrent 1/3 til 1/5 av den totale radielle avstanden mellom det divergerende veggpartiets inner- og ytterender. Ved denne plassering og ved at de enkelte munnstykkeutløpene for det pulverformede brendslet er anordnet i avstand fra hverandre, kommer det i transportluft suspenderte pulverformede brendslet til å tilføres i form av et antall adskilte stråler. Dette medfører dels at^pulverstrålene bedre trenger inn i" og turbulent blandes med hjelpeflammen og forbrenningsluften, dels at mellomrommet mellom de forskjellige pulverstrålene gir plass for en resirkulasjon av varme gasser, forbi munnstykkeutløpet for pulverstrålene. Derved fåes en raskere oppvarming av det pulverformede brendslet og en påbegynt avdriving av flyktige stoffer fra dette før den vesentlige forbrenningsluften eller sekundærluften tilføres. Denne effek-ten blir enda mer påtagelig dersom mellomrommet mellom de i en krans anordnede munnstykkeutløpene, dvs .■ munnstykke-utløpenes innbyrdes avstand langs nevnte krans er minst 1,5 ganger, helst dobbelt så store som de enkelte munnstykke-utløpenes utbredelse langs kransen.

Ved hjelp av brennerkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen

er det blitt mulig å gjennomføre pulverfyring med et minimum av hjelpebrendsel, hvilket er viktig ettersom hjelpebrend-slet er dyrer enn pulverbrendslet. Vanligvis bør man til-strebe en så liten kapasitet som mulig på hjelpeflammen, vanligvis ikke mere enn ca. 5-10% av brennerens maksimal-kapasitet.

I denne forbindelse skal det nevnes at en relativt stor luftmengde kreves for pneumatisk transport av det pulverformede brendslet gjennom tilførselsanordningene 30. Ved full last kan vektforholdet pulver/luft være i størrelses-orden 2:1 (maks. 5:1). For opprettholdelse av tilstrekkelig høy hastighet for fullt utformet pneumatisk transport i såkalt magerfase, kreves dessuten at transport-luftstrømmen har en viss hastighet, dvs. at transportluftstr-ømmen er nær konstant, uavhengi-g av hvilken pulvermengde som mates til den aktuelle brenneren. Denne store transport-luft-strømmen har vist seg å gi vanskeligheter ved kjente pulverbrennere og har hindret en resirkulasjon av hete gasser til hjelpeflammens tennsone dersom transportluften er blitt innblåst gjennom en ringformet spalte rundt hjelpebrendselflammen. I hvert fall har hjelpebrendselflammen slukket eller "blåst ut" av transportluften. Denne ulempen for kjente pulverbrennere er unngått ifølge oppfinnelsen ved at det pulverformede brendslet mates gjennom et antall enkelt, i avstand fra hverandre i en krans arrangerte munn-stykkeutløp. Derved fåes flere fordeler, nemlig dels at transportluften alltid kan gis en for den pneumatiske trans-porten nødvendige strømningshastighet, dels at det oppnås plass for resirkulasjon av de varme forbrenningsgassene i mellomrommene mellom de enkelte munnstykkene, dels at man får en bedre inntrengning av pulverstrålene i hjelpeflammen og forbrenningsluften, og derved får en bedre turbu-lens og fordeling av det pulverformede brendslet i den

totale brennerflammen.

Et utførelseseksempel på en brenner ifølge foreliggende oppfinnelse skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser et aksialt snitt gjennom denne utførelsesform for brenneren ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et planriss av et parti av en brennerdyse i brenneren.

Brenneren ifølge foreliggende oppfinnelse er anordnet i

en åpning i en vegg 10 på en kjele. Brenneren omfatter en såkalt vindboks 11 med sekundærluftinnløp 12. I vind-boksen er det anordnet en brennerdyse 13. Denne brennerdysen har et indre, konisk divergerende parti 14 og et ytre sylindrisk parti 15. Brennerdysen har på innsiden en ildfast foring. Ved brennerdysens ytterende er der en krans av ledeskovler 16, som er antydet bare skjematisk og som tjener til å lede sekundærluften inn i en ringformet, ildfast innløpsanordning eller hals 17 som er anordnet i avstand fra brennerdysens veggparti 15, slik at det dannes en ringformet luftinnløpsspalte 18 for sekundærluften.

Ved ytterenden av brennerdysens' 13 koniske parti 14 er

det anordnet en pressluftbrenner 20. Denne pressluftbrenneren er utformet på konvensjonell måte" og omsluttes av en primærluftboks 21 med et primærluftinnløp 22. Primærluften mates inn på kjent måte i pressluftbrenneren for sammen med tilført brendsel å strømme ut som en flamme 23 fra pressluftbrennerens nese 24. Brenneren er dessuten på kjent måte utstyrt med en tenner 25 av kjent konstruksjon samt en fotocelleanordning 26 for overvåkningen av fyringen.

De hittil beskrevne delene av brenneren er konvensjonelle for en pressluftbrenner. Ifølge oppfinnelsen er denne brenneren blitt komplettert med tilførselsanordninger 30 for et pulverformet brendsel. Dette pulverformede brendslet tilføres ved den vist ved utførelsesformen som en luftbåret suspensjon som via et tilførselsrør 31 mates til et ringformet fordelingskammer 32 fra hvilket et antall utløpsmunnstykker 33 utgår. Disse utløpsmunnstykkene 33

er utformet som konvergerende munnstykker, hvis smale ende munner ut på innsiden av og danner utløp i brennerdysens 13 koniske veggparti 14. Ved det viste utførelseseksemplet er åtte munnstykkeutløp 33 arrangert kransformet rundt det koniske veggpartiet 14, slik at enkelte munnstykkeutløp-ene befinner seg i innbyrdes avstand fra hverandre og er anordnet i avstand fra den indre, smale enden av det koniske veggpartiet 14. Det har vist seg å være best sett fra et funksjonssynspunkt dersom mellomrommet mellom de enkelte munnstykkeutløpene i kransen av utløpet er minst 1,5 ganger og helst 2 ganger så stort som de enkelte munnstykkenes utbredelse langs munnstykkekransen. Fra et funksjons syns-punkt, har det også vist seg å bære best om den radielle avstanden mellom inderranden av brennerdysens divergerende veggparti og munnstykkekanten tilsvarer omtrent 1/3 til 1/5 av den totale radielle avstanden mellom inner- og ytterenden av dette divergerende veggpartiet.

Som det fremgår av fig. 1, er brennerdysens koniske parti utformet av to separate stykker 39 og 40, av hvilke den sistnevnte omfatter den indre, smale enden 41 på det koniske veggpartiet 14. I fig. 2 vises ovenfra (med hensyn til fig. 1) en innsatsplate 42 som utnyttes for å avgrense utløpsmunnstykkene 33. Ved sammenligning av fig. 1 og 2 kan man konstatere at utløpsmunnstykkene 33 har en sliss-formet innløpsende 43 ved fordelingskammeret 32 og har en firkantet utløpsende 44 ved innsiden av det koniske veggpartiet 14, idet utløpsenden 44 har mindre gjennomløps-areal enn innløpsenden 43.

Funksjonen av brenneren ifølge foreliggende oppfinnelse

er følgende.

Tenning og stabilisering av den utstrømmende oljetåken eller gassen for hjelpeflammen skjer i foreliggende press-luf tbrennerkonstruksjon på samme måte ved lignende press-luf tbrennerkonstruksjoner, nemlig vesentlig ved en resirkulasjon av varme forbrenningsgasser på utsiden av flammens tennsone innen den murte brennerdysen. En resirkulasjon av varme forbrenningsgasser som flammen 23 skjer således ifølge det som er antydet med pilene 36. Ved at det pulverformede brendslet tilføres gjennom separate, i avstand fra hverandre beliggende og skrått inn mot brennerens sentrum rettede munnstykkerutløp 44, pulverstrålene til dels å rettes skrått inn mot brennerens senterakse, og dels for liten tykkelsesutbredelse, slik at de resirkulerende varme gassene (pilene 36) har mulighet for å passere mellom de enkelte brendselpulverstrålene 37 og nesten helt opp til brennerspissen 24. Denne effekt oppnås sikrest dersom den innbyrdes avstand mellom de forskjellige munnstykke-åpningene er som angitt ovenfor. Ved at munnstykkekanten er anordnet mellom primær- og sekundærluftinnløpene, sikres dessuten at den av ved hjelpebrendsel og pulverbrendsel bestående flammen holdes sammen og at de i flammen innsprøytede pulverbrendselpartiklene holdes tilbake i flammens varme sone for å forbrennes på en effektiv måte.

For å oppnå denne effekt er det beste om den radielle avstanden mellom munnstykkekanten og det divergerende veggpartiets innerende er som angitt ovenfor.

Hovedparten av sekundærluften tilføres på kjent måte gjennom det ringformede sekundærluftinnløpet 18, slik at luften kommer inn omtrent langs pilen 38.

Som det fremgår av det på tegningen viste utførelseseksemplet for oppfinnelsen, egner brennersystemet ifølge oppfinnelsen seg vel for konvertering av eksisterende oljefyrte kjeler til pulverfyring. Det eneste som er nødvendig for en slik konvertering er således å bytte brennerens frontparti samt installering av utstyr for lagring, dosering og transport av pulverformet brendsel, transport av aske samt røkgass-filtrering. All øvrig brennerutrustning, vifter, olje-system etc. kan benyttes i eksisterende stang. Videre kan automatisk drift og overvåkning av brenneren skje under bruk av tilgjengelig standardbrennerautomatikk som til-passes for pulverfyring. Ved at hjelpebrenneren utformes som en trykkvæske- eller pressluftbrenner kan man, om det skulle vise seg å være ønskelig, drive kjelen med bare olje- eller gassfyring eller med en kombinasjon av en slik fyring og pulverfyring.

Ved det viste utførelseseksemplet består brennerdysen 13 av et konisk veggparti 14 og et sylindrisk veggparti 15. Innen rammen for oppfinnelsen kan man imidlertid utforme disse to veggpartiene som et sammenhengende skålformet veggparti, hvis innside strekker seg i bueform fra innerenden til ytterenden. Det er også mulig helt å utelate det sylindriske veggpartiet 15 og å plassere sekundærluft-innløpet 18 ved ytterkanten av det koniske veggpartiet 14 .

Claims (4)

1. Brenner for forbrenning av pulverformet brendsel under utnyttelse av en med væske- eller gassformet brendsel frembragt hjelpeflamme, hvilken brenner har en divergerende brennerdyse (13) i hvilken det pulverformede brendels til-førselsanordninger (30) kommer i en for forbrenning av det gass- eller væskeformede hjelpebrendsel beregnet trykkvæske-eller pressluftbrenner (20) og et primærluftinnløp (22) munner ut, og nær hvis ytre ende det munner ut et innløp (18) for sekundær eller hovedforbrenningsluft, idet trykkvæske- eller pressluftbrennerens (20) brennermunnstykke (24) er anordnet ved den divergerende brennerdysens (13) smale ende, karakterisert ved at de for det pulverformede brendslet beregnede tilførselsanordningenes (30) utløp (33) i den divergerende brennerdysen (13) munner ut i brennerdysens divergerende veggparti (14) i avstand fra både brennermunnstykket (24) og innløpet (18) for sekundær- eller hovedforbrenningsluft, og er utformet som et antall i innbyrdes avstand fra hverandre og i en krans rundt brennerdysen anordnede, skrått innover mot brennerens akse rettede munnstykkutløp (33).

2. Brenner ifølge krav 1, karakterisert ved at kransen av munnstykkutløp (33) for tilførselsanordningene (33) fra tilførselsanordningene (30) for det. pulverformede brendslet er anordnet i en slik grad radiell avstand fra innerenden av brennerdysens (13) divergerende veggparti (14), som tilsvarer omtrent 1/3 til 1/5- av den totale radielle avstand mellom det divergerende veggpartiets inner- og ytterender.

3. Brenner ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de i en krans anordnede munn-stykkeutløpenes (33) innbyrdes avstand langs- kransen er minst 1,5 ganger, helst dobbelt så stor som de enkelte munnstykkeutløpenes utbredelse langs kransen.

4. Brenner ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at tilførselsanordningene (30) for det pulverformede brendslet omfatter et ringformet fordelingsrør (32), fra hvilket de i en krans anordnede munnstykkene (33) utgår, og at disse munnstykkene har større innløpsareale enn utløpsarealet, slik at de er konvergerende i retning mot sin munnings ende.