SE434184B - Forfarande for forbrenning av kolhaltigt brensle - Google Patents

Description

: '7711618-1 2 temperatur inom omrâdet ca 260-650°C. Den anrikade bränsle-luft- blandningen förbrännes därefter i närvaro av en katalysator varvid blandningen ger förbränningsbetingelser i katalysatorsteget som ger snabb värmefrigöring utan väsentlig bildning av föroreningar.

Föreliggande uppfinning avser sålunda ett förfarande för förbränning av kolhaltiga bränslen innefattande gas- formiga bränslen, exempelvis naturgas, samt vätskeformiga bränslen, såsom brännolja. I amerikanska patentskriften 3,928,96l anges ett förfarande som betecknas katalytiskt understödd termisk förbränning.

Enligt denna metod kan kolhaltiga bränslen förbrännas mycket effek- tivt och med reaktionshastigheter som är karakteristiska för termisk (homogen) förbränning trots att förbränningen genomföres i närvaro av en fast oxidationskatalysator vid temperaturer under kväveoxid- bildningstemperaturer. Vanligen ligger arbetstemperaturen för en katalysator vid katalytiskt understödd termisk förbränning inom området ca 927-l760°C, exempelvis nära mitten av detta temperatur- intervall. Det har visat sig lämpligt för förbränning av olika typer É av kolhaltiga bränslen att genomföra förbränningen i mer än ett steg, innefattande minst ett steg med utnyttjande av en katalysator och minst ett termiskt förbränningssteg. I den i det föregående nämnda amerikanska patentskriften 3,928,96l beskrives ett förfarande vid vilket katalytiskt understödd termisk förbränning genomföres i när- varo av en katalysator följt av termisk förbränning av en partiellt förbränd effluent från katalysatorsteget. Enligt den amerikanska patentskriften 3,846,979 anges ett förfarande vid vilket kolhaltigt bränsle delvis förbrännes i en termisk förbränningszon följt av ome- delbar störtkylning av effluenten innehållande det partiellt för- brända bränslet varefter den störtkylda effluenten bringas i kontakt med en katalysator för oxidering av en viss del av eller hela mängden oförbränt bränsle från den termiska förbränningszonen.

Enligt ett av exemplen i den i det föregående nämnda ameri- kanska patentskriften 3,846,979 tillföres dieselolja och komprimerad luft i en mängd av 10% i överskott över den stökiometriska mängden luft för fullständig förbränning av bränslet till den termiska för- I bränningsanordningen till bildning av en effluent av ca 90% oxiderat É bränsle, som störtkyles med tillräckligt överskott av luft för att I ge en adiabatisk flamtemperatur av 8l5°C. De bränslen som nämnas i exemplen i denna patentskrift är dieselbränslenzellerfreabränslen av den typ som vanligen användas i gasturbinmotorer till flygplan. Under typiska betingelser för sådana motorer vid arbete med ett tryck av 20 atmosfärer anges den snabbkyIda'effIuenten ha f» 7714618-1 en adiabatisk flammtemperatur av 8l5°C. Den verkliga temperaturen hos den snabbkylda effluenten skulle vara ca 55-ll0°C lägre än den adiabatiska flammtemperaturen, dvs. över 700°C, på grund av den ringa andelen av ooxiderat bränsle från den termiska förbränningen.

Enligt detta exempel i patentskriften sprutas tillräcklig mängd ytterligare bränsle in i effluenten för att höja den adiabatiska flammtemperaturen till l425°C, och den erhållna blandningen föres därefter till katalysatorsteget och förbrännes fullständigt. Tempe- raturen vid utloppet från den termiska förbränningszonen anges över- stiga 180000 före snabbkylningen, och utloppstemperaturen för kata- lysatorn är l370oC.

Den i föregående stycke beskrivna förbränningsmetoden är lämplig för vissa typer av bränslen och arbetsbetingelser men snabb- kylningsoperationen har en benägenhet att vara svårgenomförd med de mängder av bränsle som förefinnas i den blandning som inträder i den termiska förbränningsanordningen. Sålunda erfordras mycket kraf- tig omblandning av snabbkylningsluften med den partiellt oxiderade effluenten från den termiska förbränningen för att avbryta oxidatio- nen. Denna omblandning innefattar turbulens med icke önskad tryckför- lust i snabbkylningszonen, och den förbränningssnabbkylande eller snabbavbrytande verkan kan fortfarande varausvår att bibehålla vid transienta eller övergående störningar. Vidare kan det vara svårt att på ett tillförlitligt sätt undvika förtändning och ytterligare förbränning så snart det ytterligare bränslet sprutas in i den snabb- kylda effluenten såsom anges i patentskriften i praktiken om icke den snabbkylda effluenten är väsentligt kallare än vad som anges i exemplet i patentskriften. Det är ett ändamål med föreliggande upp- finning att övervinna dessa problem vid genomförande av förbränninge- processer i två steg med användning av ett termiskt förbränningssteg följt av förbränning i närvaro av en katalysator.

En annan uppfinning av William C. Pfefferle, som är upp~ finnare till föreliggande uppfinning, beskrives i den amerikanska patentansökan 644,873, 29 december l975. Denna uppfinning avser problemet att igångsätta ett förbränningssystem som utnyttjar en katalysator. En bränsle-luftblandning förbrännas vid igångsättning i en termisk förbränningszon så att man åstadkommer en värmekälla, och denna värme riktas mot katalysatorn väsentligen i frånvaro av obränt bränsle så att man bringar katalysatorn till en temperatur vid vilken den upprätthåller massöverförings-begränsad operation (mass transfer-limited operation). Katalysatortemperaturen som uppnås under denna igångsättningsoperation skulle sålunda vara tillräcklig för att antända en blandning av kolhaltigt bränsle och luft, och denna 7714618-1 4 katalysatortemperatur kan närma sig arbetstemperaturen för åstad- kommande av katalytiskt understödd termisk förbränning av en sådan blandning i närvaro av en katalysator. Ändamålet med uppfinningen enligt den amerikanska patentansökan 644,873 är att undvika den i stor utsträckning ofullständiga förbränning som kan uppträda i katalysatorn om en bränsle-luftblandning föres genom katalysatorn när denna är kall. Effluenten från en sådan ofullständig förbränning kan förorena den omgivande atmosfären med oönskat höga mängder oför- brända kolväten och kolmonoxid. Effluenten från den termiska för- bränningszon som utnyttjas under igångsättning i överensstämmelse med uppfinningen enligt den amerikanska patentansökan 644,873 till- låtes icke komma i kontakt med katalysatorn förrän den är fri från oförbränt bränsle, vilket har den dubbla fördelen att undvika skada A på katalysatorn genom förbränning av bränsle efter absorption på ; katalysatorn i kallt tillstånd, eller i frånvaro av sådan förbränning på katalysatorn, att undvika passage av obränt bränsle genom kataly- satorn till atmosfären. Så snart katalysatorn har upphettats till en temperatur vid vilken den kan fungera för att bränna bränslet i blandningen som passerar genom katalysatorn föres praktiskt taget hela mängden bränsle-luftblandning direkt till katalysatorn för understödd operation under stabila betingelser, och bränsletillfö- ringen till det termiska förbränningssteget som användes för igång- sättning avstänges eller minskas drastiskt. Sedan antändning åstad- kommes i katalysatorn bringas sålunda den termiska förbränningen antingen att upphöra eller genomföres vid en låg bränsletillförsel- nivå vid vilken detta steg har en helt annan funktion och endast å eller huvudsakligen bidrager till förångning av bränslet. Det kan förekomma en mellanliggande kort period under vilken den termiska förförbränningen fortsätter vid avsevärd nivå tills regenerativ för- värmning av inloppsluften uppnåtts, och denna tidrymd beror på mfimägs- temperaturen och vikten hos värmeväxlaren.

Den i det föregående beskrivna metoden enligt den amerikanska patentansökan 644,873 kan vara utomordentligt användbar vid åstad- kommande av igångsättning av ett förbränningssystem med användning av en katalysator, men det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma understödd . förbränning av kolhaltigt bränsle i ett förbränningssystem med utnyttjande av en katalysator varvid en förbrännare användes under hela driften av förbränninge- systemet eller under understödd förbränning i denna under vissa driftsbetingelser, exempelvis drift inom förutbestämda bränslebehovs- intervall eller drift med utnyttjande av ettzförutbestämt bränsle-' 1 5 77146184 -luft-förhållande.

Uppfinningen avser sålunda ett nytt och förbättrat förfarande för genomförande av understödd förbränning av kolhaltigt bränsle vid förutbestämda totala bränsleförbrukningsbetingelser (rates of fuel demand) med utnyttjande av en förbränningsanordning som inne- fattar en termisk förbränningszon och, nedströms i förhållande till denna och i följd, en blandningszon och en katalysatorzon. Vid minst ett av de förutbestämda totala bränslebehovsförhållandena förbrännes väsentliga andelar av bränslet i var och en av den termiska förbrän- ningszonen och katalysatorzonen. Under drift vid sådant bränslebehovs- förhållande tillföres en väsentlig andel av bränslet till den termis- ka förbränningszonen samtidigt som man tillför luft till den termiska förbränningszonen för âstadkommande av i huvudsak fullständig för- bränning i denna av det bränsle som tillföres till zonen med bildning av en upphettad effluent. En ytterligare mängd av förhållandevis kall luft tillsättes till den upphettade effluenten i en uppströms belägen del av blandningszonen för erhållande av en kyld blandning, till vilken under passage genom en nedströms belägen del av bland- ningszonen sättes en väsentlig ytterligare andel av bränslet så att man erhåller den totala mängd som erfordras för det rådande bränsle- behovsförhâllandet och så att man erhåller en anrikad bränsle-luft- blandning. Denna blandning förbrännes därefter i närvaro av kataly- satorn till bildning av en effluent med hög termisk energi. Den ytterligare mängden luft som tillsättes till den upphettade effluen- ten från den termiska förbränningen är tillräcklig för att hålla den kylda blandningen och den anrikade bränse-luftblandningen vid en temperatur inom området ca 250-650°C i blandningszonen och för att inhibera förförbränning i denna av det i det föregående ytter- ligare bränslet. Den erhållna bränsle-luftblandningen har vidare en adiabatisk flammtemperatur som, vid kontakt med katalysatorn, medför att arbetstemperaturen hos katalysatorn ligger väsentligt över den ögonblickliga auto-antändningstemperaturen för den anrikade bränsle- luftblandningen men under en temperatur som skulle medföra väsentlig bildning av kväveoxider.

Uppfinningen beskrives i det följande närmare under hänvis- ning till bifogade ritning.

Figur l visar schematiskt ett tvåstegs förbränningssystem för drift i överensstämmelse med förfarandet enligt uppfinningen och särskilt avpassat för förbränning av gasformiga, kolhaltiga bränslen.

Figur 2 visar schematiskt ett i två steg arbetande förbrän- ningssystem för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen, i 7714618-1 6 synnerhet om det bränsle som skall brännas utgöres av ett vätske- formigt, kolhaltigt bränsle, exempelvis brännolja. : Pâ figur l visas schematiskt en längdsektion genom en anord- ning som är lämpad för genomförande av ett förfarande för under- _ stödd (sustained) förbränning, icke endast vid en bränsleförbrukning,. för vilken anordningen är speciellt avpassad, utan även vid väsent- ligt lägre bränsleförbrukning, vid användning av ett kolhaltigt bräns- le som vid förbränning med en stökiometrisk mängd luft har en adia- batisk flammtemperatur av minst ca l800°C. Gasformiga bränslen som är lämpade för förbränning i anordningen enligt fig. 1 innefattar exempelvis kolväten, exempelvis lägre alkaner, i synnerhet metan i naturgas, propan som kan innehålla prcpen, eller butan, kolmonoxid, och kclgas.

Förbränningsanordningen är försedd med ett yttre hus inne- fattande en extern hussektion ll med i huvudsak konisk form, som bildar inloppsänden till anordningen, en cylindrisk hussektion 13, som är ansluten till sektionen ll och bildar generellt en för- längning i längdriktningen av en inre termisk förbränningszon, en cylindrisk hussektion 15 med större diameter, som är ansluten till sektionen 13 och vid den längst till vänster belägna delen av längd- utsträckningen bildar en uppströms- eller snabbkylningsdel av en blandningszon under det att den del av hussektionen 15, som är belä- gen till höger därom bildar den återstående nedströmsdelen av bland- ningszonen, en ytterligare cylindrisk hussektion 17, som ansluter sig till sektionen 15 och bildar en katalysatorzon, samt en konver- gerande eller inåt avsmalnad hussektion 19, som är ansluten till nedströmsänden av sektionen 17 och bildar en utspädningszon.

Ett inlopp 21 är anordnat i den yttre hussektionen 11 för tillföring av en primär del av kolvätebränslet till förbrännings- anordningen. Bränsleinloppet 21 är anslutet genom en ledning 23 till en cirkulär primär bränslesamlingsledning 25 försedd med öppningar med intervaller runt samlingsledningen för utmatning av det primära bränslet i den termiska förbränningszonen. I Förbränningsanordningen är även försedd med ett inre hus É inuti det yttre huset innefattande en inre hussektion 27 med ett i huvudsak koniskt lock 29 vid den på figuren vänstra änden eller uppströmsänden, som kvarhåller det primära bränslet i den termiska förbränningszonen. Primärluft införes i den termiska förbrännings- zonen från utrymmet mellan den yttre hussektionen 13 ochlden inre hussektionen 27 genom en första serie stora luftinloppsöppningar 31 anordnade med mellanrum runt hussektionen 27 samt genom en andra se- rie av mindre luftinloppsöppningar 33 anordnade med mellanrum mellan v '7714618-1 öppningarna 31 runt hussektionen 27. Ytterligare primärluftöppningar är anordnade med mellanrum runt hussektionen 27 nära nedströms- änden av den termiska förbränningszonen. Ett antändningsorgan 37 är anordnat infört genom de koniska hussektionerna ll och 29 in i upp- strömsänden av den termiska förbränningszonen.

Om så är önskvärt och lämpligt kan det primära bränslet för- blandas med en viss del av eller hela mängden primär luft före in- sprutningen i den termiska förbränningszonen. Anordningen enligt fig. l kan sålunda modifieras för att tillåta inmatning av det pri- mära bränslet och luften tillsammans till den termiska förbrännings- zonen genom ett enda inlopp eller en grupp av inlopp. Vid tillämpning av detta bör konventionella försiktighetsåtgärder iakttagas för att undvika baktändning från förbränningszonen.

En inre hussektion 39, som lämpligen har gradvis ökande dia- meter, är ansluten till sektionen 27 och omger blandningszonen kcn- centriskt i den yttre hussektionen 15. Luft för kylning av effluenten från den termiska förbränningszonen inträder i uppströmsdelen av blandningszonen från utrymmet mellan den yttre hussektionen 15 och den inre hussektionen 39 genom en serie av stora öppningar 41 för- delade runt den inre hussektionen 39 omedelbart nedströms i förhål- lande till den termiska förbränningszon som definieras av den inre hussektionen 27. Ytterligare luft inträder genom en serie mindre öppningar fördelade mellan öppningarna 41 runt hussektionen 39.

Ytterligare mängd luft passerar mellan hussektionen 39 genom en serie ytterligare öppningar 45 fördelade runt den inre hussektionen 39 längre nedströms i blandningszonen. Det är uppenbart att kylluft som inträder genom öppningarna 41, 43 och 45 1 den inre hussektionen 39 även tillför sekundär förbränningsluft för förbränningen som äger rum i katalysatorzonen nedströms i förhållande till den bland- ningszon som definieras av hussektionen 39. En viss mängd av eller hela mängden luft som passerar genom de mer uppströms belägna öpp- ningarna 35 har även till uppgift att kyla och "släcka" (quenching) produkterna av den termiska förbränningen av det primära bränslet som införes genom samlingsledningen 25. Vid förbränning av gasfor- miga bränslen kan den mängd luft som i realiteten passerar genom öppningarna 3l och 33 vara sådan att den ger förbränning i det bränslerika området i regionerna och är uppströms i förhållande till bränslesamlingsledningen 25. Därefter förbrännes ofullständigt bränt primärbränsle i huvudsak fullständigt med användning av ytter- ligare mängd luft som inträder genom öppningarna 35 eller genom öppningarna 41 och 43, följt av omedelbar kylning (släckning) som ,*Ttf**rv~fhs*1a- 1a i 3 f* åstadkommes genom ytterligare blandning med luft vilken tillföres genom öppningarna 4l, 43 och 45 för att förhindra att för tidig antändning av sekundärbränsle som införes på det sätt som kommer att beskrivas i det följande.

Ett inlopp 47 för sekundärt bränsle är av lämpligt skäl anordnat vid uppströmsänden av anordningen. Inloppet 47 ger ett tillträde till en ledning 49 i den yttre hussektionen 15, som leder i ned- strömsriktningen till en cirkulär sekundär bränslesamlingsledning 5l vilken omger den inre hussektionen 39 runt nedströmsdelen av blandningszonen. Sekundärbränsle insprutas i blandningszonen på föl- jande sätt: från lämpligt anbringade hål tillföres bränsle från punkter runt samlingsledningen 51 i en nedströmsriktning och inåt- riktat, såsom anges med pilar på fig. l. Luften passerar åt vänster på figuren mellan hussektionerna 15 och 39 samt medför bränslet mot hålen 41, 43, 45 och in i det inre av blandningszonen, genom vilken en kyld eller snabbkyld effluent från den termiska förbrän- V ningszonen passerar. Ett avlänkningsorgan eller baffel 52 förhindrar : att större delen av luften som medför det sekundära bränslet passe- Å rar till hålen 3l, 32, 35. Det är uppenbart att någon rigorös sepa- V ration icke behöver upprätthållas mellan den uppströms belägna bland- nings- eller snabbkylningsdelen och nedströmsdelen av blandnings- zonen med undantag av vad som erfordras för att tillåta tillräcklig mängd luft att kyla den termiska förbränningseffluenten i tid för att förhindra förförbränning i blandningszonen av det bränsle, som tillföres från samlingsledningen 51. å Z En cylinarisk inre nussektion 53 är ansluten till neaströms- ; änden av den inre hussektionen 39 och innehåller en katalysator 55 med cylindrisk form, som med lämpliga organ är anbringad eller monterad i den inre hussektionen 53. Katalysatorn 55 utgöres före- trädesvis av en eller flera monolitkatalysatorer av bikaketypen som är försedd med invändiga genomströmningskanaler för gas vilka sträcker sig i axiell riktning av det cylindriska huset 53. Enligt _ en utföringsform kan katalysatorn såsom stöd eller underlag utnyttja É en monolit eller eldfast kropp av zirkon~mullit som icke i sig är katalytiskt aktiv. De invändiga genomströmningskanalerna i monoliten är belagda med ett kalcinerat skikt av aluminiumskikt med stor spe- cifik yta, som kan vara stabiliserat för högre arbetstemperaturer genom införlivande av annat oxidmaterial, exempelvis ceriumoxid.

Införlivat i eller på aluminiumoxidskiktet finnes en ringa mängd katalytiskt aktiv metall tillhörande platinagruppen, exempelvis platina eller palladium eller båda dessa metaller. 9 7714618-1 Till nedströmsänden av den inre hussektionen 53 finnes an- Sluten en inre ändhussektion 61, som är utformad med avsmalnande diameter för att möta nedströmsänden av den yttre hussektionen 19.

En ringformad änddel 63 mottager vid innerytan nedströmsändarna av både den yttre hussektionen 19 och den inre hussektionen 61.

Utspädningsluft för blandning med effluenten från katalysa- torn 55 kan inträda i utspädningszonen i den inre hussektionen 61 från utrymmet mellan denna sektion och den yttre hussektionen l9 genom en serie stora öppningar 65, som är fördelade runt den inre hussektionen 61, och ytterligare utspädningsluft kan inträda i ut- spädningszonen genom en serie mindre öppningar 67 fördelade mellan öppningarna 65 runt hussektionen 61.

En luftinloppskanal 69 med stor diameter är anordnad för bekvämlighetens skull vid sidan av nedströmsänden av förbränninge- anordningen och är ansluten till en sida av den yttre hussektionen 17 och möjliggör tillträde av primär förbränningsluft, störtkylnings- - och sekundär förbränningsluft, samt utspädningsluft till utrymmet mellan den yttre hussektionen 17 och den inre hussektionen 53.

Detta utrymme står i förbindelse i den uppströmsbelägna axiella riktningen med utrymmet mellan den yttre hussektionen 15 och den inre hussektionen 59, som i sin tur är ansluten i uppströmsriktningen till utrymmet mellan den yttre hussektionen l3 och den inre hussek- tionen 27. I nedströmsriktningen av förbränningsanordningen står utrymmet mellan den yttre hussektionen l7 och den inre hussektionen 53, som tillföres luft genom inloppsledningen 69, i förbindelse med utrymmet mellan den yttre hussektionen l9 och den inre hussektionen 61.

Vid användning av tvåstegs-förbränningssystemet med utnytt- jande av anordning enligt fig. l genomföres understödd förbränning av det gasformiga kolhaltiga bränslet vid en förutbestämd total per tidsenhet tillförd mängd bränsle eller bränslebehov, som kan innefatta exempelvis igångsättnings- eller beredskaps-bränslebehov och ett normalt bränslebehov, eventuellt med arbete även vid inter- mediära bränslebehovvärden och vid även högre maximibränslebehov- värden. Åstadkommandet av dessa olika bränsleförbrukningsvärden kan innefatta problem med bibehållande av stabiliteten hos den under- stödda förbränningen och för att undvika alltför stora variationer av katalysatortemperaturen. Sålunda har katalysatorinloppstemperatu- ren vid låg bränsleförbrukning en benägenhet att falla till så lågt värde att temperaturen understiger en pålitlig antändningstemperatur för blandningen av bränsle och luft som när katalysatorn vid dessa betingelser eller under efterföljande drift. Å andra sidan kan för- 7714618-1 ' 10 antändning av sekundärt bränsle ha en benägenhet att uppträda vid maximala bränsleförbrukningsvärden. I allmänhet tillföres en större andel av den totala tillförda mängden bränsle till den termiska förbränningszonen vid de lägsta bränsleförbrukningsvärdena för att bibehålla katalysatorn vid en lämplig förhöjd minimiarbetstemperatur.

Anordningen kan sålunda lämpligen bringas att arbeta i tomgång utan något sekundärbränsle alls tillfört till blandningszonen, under det att maximaleffekt lämpligen kan upprätthållas, vid användning av vissa bränslen, utan någon förbränning av bränsle i den termiska förbränningszonen. K Det har emellertid visat sig vara lämpligt i de flesta fall É att till den termiska förbränningszonen, för i huvudsak fullständig förbränning av denna, tillföra mellan 20 och ca 70 % av den totala i mängden bränsle som tillföres. De termiska förbränningsprodukterna i den erhållna effluenten kylas därefter för undvikande av förantänd- ning och förförbränning av det tillsatta eller sekundära bränslet, som införes i blandningszonen för att ersätta eller komplettera bränslet i systemet och sålunda ger en bränsle-luftblandning inne- hållande, (dvs. anrikad med) sekundär bränsle. Om detta tillämpas upprätthålles den kylda blandningen från den termiska förbrännings- zonen och den anrikade bränsle-luftblandning som bildas med det se- kundära bränslet, i bränningszonen vid en temperatur inom området ca 25o°-65o°c och företrädesvis ca 375-55o°c.

För alla sådana drtñsbetingelser finnes en förbrännings- É anordning som innefattar den termiska förbränningszonen i den inre É hussektionen 27 och, nedströms i förhållande till denna samt i 4 följd, en blandningszon generellt inom den inre hussektionen 39, samt en katalysator i den inre hussektionen 53. I synnerhet när effluenten från förbränningsanordningen är avsedd att driva en gas- turbin är den ytterligare inre hussektionen 61 lämplig för att ge luftutspädning eller blandning med katalysatoreffluenten, vilket säkerställer att drivgaserna icke når turbinbladen med alltför hög temperatur.

Under det att bränsle tillföres icke endast till blandnings- É zonen utan även i väsentliga mängder till den termiska förbrännings- zonen för förbränning i denna med bildning av en het effluent, upp- rätthålles vissa driftsbetingelser på ett sätt.som beskrives-i det följande. Under denna drift tillföres en del av'bränslet till in- loppet 21, företrädesvis mellan ca 20% och ca 7U% av den totala mängden bränsle som erfordras vid det bränslebehov vilket förbrän~, ningen genomföres. Bränslet kan exempelvis utgöras av kommersiell 11 111461851 ' propan innehållande propen. Bränslet passerar från inloppet Zl genom ledningen 23 och insprutas i den termiska förbränningszonen från samlingsledningen 25. Luft tillföres samtidigt genom öppningar 31, 33 och 35 till den termiska förbränningszonen för genomförande av väsentligen fullständig förbränning i denna av den del av bräns- let som tillföres. Flöden av bränsle och luft justeras lämpligen så att luften tillföres i en mängd mellan ca 125% och ca 185% av den stökiometriska mängd som erfordras för fullständig förbränning av det bränsle som tillföres på detta sätt.

För åstadkommande av stabil förbränning i den termiska för- bränningszonen kan förbränningen äga rum under blandning av bränsle och luft i områden där luft-bränsleförhållandet mer närmar sig det stökiometriska förhållandet, följt omedelbart i förbränningszonen av mer omsorgsfull blandning av de gasformiga materialen innefattande šörbränningsprodukterna. Förbränningens stabilitet kan förbättras för luft/bränsle-förhållanden väsentligt fattigare eller rikare än det stökiometriska förhållandet (beroende på bränslets insprutnings- flöde i förhållande till lufttrycket och arrangemanget av öppningarna från samlingsledningen för komprimerad luft till det inre av för- bränningsanordningen) genom att man tillåter återcirkulering av de brinnande gaserna så att områden av gaser med lägre strömningshas- tighet kan tillåta fortplantning av oxidationsreaktionen med lägre hastigheter som är karakteristiska för sådana blandningsförhållanden varvid kontinuerlig antändning erhålles med de heta reaktionspro- dukter som lämnar de områden som upprätthåller denna förbränning.

Detta kan uppträda exempelvis i området intill det koniska höljet 29 där ringa mängd eller icke något bränsle eller luft införes i förbränningskammaren. När den helt förbrända effluenten från den termiska förbränningszonen inträder i snabbkylningszonen invid upp- strömsänden av utrymmet i hussektionen 39 passerar en ytterligare mängd luft genom öppningarna 41, 43 och 45 för blandning med den upphettade effluenten från den termiska förbränningszonen. Den er- hållna blandningen, som kyles av den tillsatta luften, passerar genom blandningszonen till nedströmsänden av den yttre hussektionen 37.

En ytterligare del av bränslet, som kompletterar den totala mängd som erfordras för den önskade bränsleförbrukningen, till- sättes till den kylda blandning som passerar genom nedströmsdelen av blandningszonen för att ge en anrikad bränsle-luftblandning.

Detta sekundära bränsle tillföres genom ett inlopp 47, ledning 49 och samlingsledning 51 för blandning med en viss del av den sekun- dära luft som tillföres i områdena invid ytterytan av den inre hus- 12 7711§618~1 sektionen 39. Den totala mängd sekundärluft som tillföres genom öppningarna 41, 43 och 45 är emellertid tillräcklig för att upprätt- hålla den anrikade bränsle-luftblandningen i det önskade temperatur- området samt där, genom den kylande eller störtkylande inverkan efter blandningen med effluenten från den termiska förbrännings- zonen, tillräcklig för att inhibera förförbränning eller förantänd- ning av det ytterligare bränsle som tillsättes i blandningszonen.

Den erhållna anrikade intima blandningen av bränsle och luft föres till katalysatorn 55.

För åstadkommande av katalytiskt understödd, termisk förbrän- ning vid kontakt med katalysatorn 55 har den anrikade bränsle-luft- blandning, som tillföres till katalysatorn, en adiabatisk flammtem- peratur av sådan nivå, att vid kontakt med katalysatorn driftstem- peraturen hos katalysatorn är väsentligt högre än den ögonblickliga självantändningstemperaturen för denna bränsle-luftblandning men under en temperatur som skulle medföra väsentlig bildning av oxider och kväve. Sammansättningen ochtemperaturen av den anrikade bränsle- luftblandning, som bestämmer dess adiabatiska flammtemperatur vid blandningens första kontakt med katalysatorn, är i sin tur bestämda av inlopps-lufttemperaturen och i mindre grad av bränslets inlopps- temperatur, av den värmemängd och de förbränningsprodukter som ut- vecklas genom förbränningen i den termiska förbränningszonen såsom ett resultat av portioneringen av en viss del av den totala erforder-¿ liga bränslemängden till det primära bränsleinloppet 21, samt genom mängden av primär förbränningsluft som passerar genom öppningarna 31, 33 och 35 till den termiska förbränningszonen samt mängderna av snabbkylnings- och sekundärförbränningsluft som passerar genom öppningarna 41, 43 och 45 till blandningszonen samt givetvis även av det sekundära bränsle som tillföres till inloppet 47.

Den anrikade bränsle-luftblandning som tillföres till kata- lysatorn från nedströmsänden av blandningszonen förbrännes därefter i närvaro av katalysatorn 55 och föres in i utspädningszonen i den inre hussektionen 61 där ytterligare mängd luft tillföres genom öppningarna 65 och 67 för erhållande av en slutlig effluent med en önskad temperatur. Denna effluent är exempelvis lämplig för drivning av en gasturbin för generering av effekt, eller för passage till en värmeväxleanordning, varvid man sålunda utnyttjar den energi som ut- vecklas genom den understödda förbränningen av bränslet som tillföres; till bränsleinloppen 21 och 47. Enligt ett lämpligt arrangemang driver effluenten från utspädningszonen först en luftkompressor av typen turboöverladdare (icke visad), som kan vara monterad på ring- 13 7714618-1 organet 63. Luft från omgivningen föres genömlkompressorn, som är ansluten före tillföring av komprimerad luft till luftinloppsled- ningen 69. Effluenten från turbinsidan av turboöverladdaren kan där- efter föras, såsom föreslagits i det föregående till exempelvis sådan utrustning som en kraftturbin eller värmeväxlare för utnytt- jande av den heta förbränningseffluenten. Det är givet att storleken och fördelningen av lufttillföringsöppningarna 31, 33, 35, 41, 43, 45, 65 och 67 bestämmes och beror på konstruktionen av förbrännings- anordningen, beroende på trycket vid inloppet för komprimerad luft, för erhållande av ett önskat flöde eller förhållande för tillföring och fördelning av primär luft, snabbkylande och sekundär förbränninge- luít, samt utspädningsluft.

Den på ritningsfiguren visade anordningen är icke försedd med medel för avlägsnande av värme från förbränningsanordningen genom värmeöverföring från katalysatorn eller på annat sätt. Därför genom- föres den understödda förbränningen av det kolhaltiga bränslet, även högenergibränsle med benägenhet att förbrinna vid hög temperatur, i huvudsak adiabatiska betingelser vid temperaturer som närmar sig den adiabatiska flammtemperaturen hos blandningen som underkastas förbränning, och i allmänhet inom 270 - l65°C från denna adiabatiska flammtemperatur. I synnerhet vid användning av högenergibränslen är det betydelsefullt att justera den anrikade bränsle-luftblandning, som tillföres till katalysatorn, så att denna har en adiabatisk flammtemperatur under kväveoxidbildningstemperaturen. Vanligen bör arbetstemperaturen hos katalysatorn hållas väl under 18000 - l8l0OC (3300oF) och inom området ca 925 - l750°C samt företrädesvis ca :Lioo - 165o°c.

Med uttrycket "ögonblicklig självantändningstemperatur" för en bränsle-luftblandning avses enligt uppfinningen den temperatur vid vilken antändningsfördröjningen hos den bränsle-luft- blandning som tillföres till katalysatorn är försumbar i förhållande till uppehållstiden i katalysatorförbränningszonen för den blandning, som underkastas förbränning i denna zon. Även om uppfinningen beskrives speciellt med användning av luft såsom icke-bränslekomponent, som tillföres till förbränninge- anordningen är det uppenbart att syre är det element som erfordras för att uppbära förbränningen. Om så önskas kan syrehalten i icke- bränslekomponenten varieras och uttrycket "luft" som användes i sam- band med icke-bränslekomponenterna är avsedd att innefatta godtycklig gas eller kombination av gaser (som eventuellt kan innehålla vissa produkter från föregående förbränning) innehållande syre tillgäng- ligt för förbränningsreaktioner. Det kan emellertid observeras att 7714618-1 f M den luft som tillföres såsom snabbkylningsvätska lämpligen har lägsta tillgängliga temperatur, vanligen utloppstemperaturen från en kompressor eller fläkt, till vilken föres luft med omgivninge- betingelser, för att underlätta upprätthâllandet av den önskade temperaturen i den kylda blandning som passerar genom blandnings- zonen.

Förfarandet enligt uppfinningen, som kan genomföras i anord- ningar av det slag som åskådliggöras och beskrivas i samband med fig. l av blandritningsfigurerna, har visat sig vara särskilt för- delaktigt och effektivt för erhållande av effektiv förbränning av olika typer av kolhaltiga bränslen genom lämplig proportionering under varierande bränslebehovsbetingelser av det primära och det sekundära bränslet, som tillföres till den termiska förbrännings- zonen resp., via blandningszonen, till katalysatorzonen. Förändringar É i fråga om driftsbetingelserna kan kompenseras för genom förändring av proportionerna eller mängdförhållandet av det primära och det sekundära bränsletillföringsflödet. Vidare kan förändringar i fråga om bränslet i sig kompenseras utan oönskade effekter på energipro- duktionen eller effektiviteten av denna produktion, eller ofördel- aktiga inverkningar beträffande undvikandet av bildningen av kväve- oxider och andra föroreningar. Sålunda kan exempelvis förändringar i fråga om proportionerna av propen eller väte, som kan uppträda _ i ett gasformigt bränsle, kompenseras genom att man för varje bränsle-i komposition fastställer ett optimalt förutbestämt schema för propor- tionering av det totala bränsleflödet mellan det primärbränsle och det sekundärbränsle som tillföres.

Vid bestämning av proportionerna av bränsle som tillföres till den termiska förbränningszonen och till katalysatorzonen är f det generellt önskvärt att begränsa bränsleflödet till den termiska förbränningszonen så att man bränner så stor del som möjligt av bränslet i katalysatorzonen inom gränserna för vad som ger tillför- litlig och effektiv total operation. Den termiska förbränningen kan äga rum i lokaliserade områden vid temperaturer som har benägenhet att närma sig vid den adiabatiska flammtemperaturen för en stökio- V metrisk blandning av bränsle och luft. Med de specificerade bränslena överstiger denna termiska förbränningstemperatur den temperatur över vilken väsentlig bildning av kväveoxider äger rum genom fixe- ring av atmosfäriskt kväve i förbränningsluften. Genom begränsning av de totala mängderna av bränsle som brännes i den termiska för- bränningszonen och genom begränsning av uppehållstiden i denna zon av det primära bränslet och luften samt dessa komponenters termiska 1114518-1 termiska förbränningsprodukter före kylningen med tillsatt luft minimeras bildningen av kväveoxider uppströms i förhållande till katalysatorsteget. Vidare medför utspädning av effluenten från den termiska förbränningszonen med relativt stora mängder av ytter- ligare sekundär eller snabbkylningsluft och med förbränningsproduk- ter som bildats i katalysatorsteget (som kan göras speciellt fritt från föroreningar) medför en slutlig effluent med så låg andel oxi- der av kväve att resultatet är acceptabelt för utsläppning i de flesta miljöer.

På fig. 2 visas schematiskt en längdsektion genom en anord- ning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen för under- stödd förbränning av vätskeformigt bränsle. Exempel på lämpliga flytande kolhaltiga bränslen är bensin, aromatiska kolväten, exempel- vis bensen, toluen, etylbensen och xylen, samt nafta, dieselolja, reabensin (flygfotogen) andra mellandestillatbränslen, hydrerade (hydrotreated) tyngre bränslen, samt liknande. Vidare kan man använ- da alkoholer, exempelvis metanol, etanol och isopropanol, etrar, såsom dietyleter, samt aromatiska etrar, exempelvis etylfenyleter.

Den på fig. 2 visade tvåstegs-förbränningsanordningen inne- fattar vid inloppsänden en i huvudsak koniskt formad yttre hussek- tion 71, som är anordnad med mellanrum i förhållande till en i huvudsak konisk inre hussektion 73. Vid de inre ändarna av dessa sektioner 7l och 73 finnes anordnad en cylindrisk konstruktion 74, som är tillsluten vid en på figuren vänstra änden, för tillföring av primärt bränsle med utnyttjande av en rotationsinjektor (swirl injector) 75 av konventionell utformning vid den högra änden av konstruktionsdelen 74. Primärt bränsle, exempelvis brännolja nr. 2, kan införas i det inre av konstruktionsdelen 74.och sålunda till bladen i rotationsinjektorn genom ett bränsletillföringsrör 77 och ett inmatningsmunstycke 78. Det inre av den cylindriska konstruk- tionssidan 74 tillföres även luft, som bidrar till injektionen av det primära bränslet, genom radiellt anordnade portar 79 i den cy- lindriska konstruktionsdelen 74. Tillslutningsorganet för uppströms- änden av förbränningsanordningen kan innefatta transparenta fönster (icke visade) utformade i linje i väggarna av hussektionerna 71 resp. 73 för observering av det inre av förbränningsanordningen, liksom provtagningsorganen (icke visade) för uttagning av prover av bränsle-luftblandningarna från uppströmsänden av det inre av för- bränningsanordningen.

Den yttre hussektionen 71 och den inre hussektionen 73 är förenade vid de yttre eller nedströms belägna ändarna till den yttre resp. inre hussektionen 81 resp. 83 med cylindrisk form, som 7714618-1 16 definierar en uppströms belägen termisk förbränningszon, samt i fortsättning i axiell riktning nedströms från denna, även definie- rande uppströmsdelen eller snabbkylningsdelen av en blandningszon.

Blandningszonen bildas vidare ytterligare nedströms av en yttre hus- sektion 85 med större diameter än sektionen 81 och en inre hussektion: 87, som utgör en fortsättning i längdriktningen av den inre hussek- tionen 83. Organ eller medel för injektion av sekundärt flytande bränsle åstadkommes med ett flertal luftdrivna injektionsorgan an- ordnade periferiellt runt nedströmsdelen av blandningszonen, som definieras av hussektionerna 85 och 87. Dessa injektionsorgan av vilka ettfifisas schematiskt, har konventionell konstruktion och varje sådant organ innefattar ett injektionsmunstycke 88, som matas med en sekundärbränsletillföringsledning 89, varvid munstycket 88 sträc- ker sig genom den yttre hussektionen 85 och änden av munstycket står i förbindelse med den inre blandningszonen genom väggen av den inre hussektionen 87. Luft som bidrar tillïinsprutningen av det sekundära bränslet finns tillgängligt från en ledning 90 för kompri- merad luft, vilken är införd i ett hus 91, som omger munstycket 88, och hjälpluften passerar in i det inre av hussektionen 87 genom ett ringformigt utrymme som omger änden av munstycket 88 för bland- ning med hög hastighet med de bränsledroppar, som lämnar munstycket.

Den yttre hussektionen 85 sträcker sig i nedströmsriktningen såsom en cylindrisk kropp med en nedströmänddel 93 av något ökad diameter. En inre hussektion 95 med gradvis ökande diameter, som definierar en förlängning av blandningszonen, ger en övergång till katalysatorzonen, samt är ansluten till nedströmsänden av den inre hussektionen 87 och bildar ett ringformigt rum med konstant tvär- sektionsarea tillsammans med den expanderande delen 93 av det yttre huset. Nedströmsänden av den inre hussektionen 95 avslutas i en monteringsplåt eller -ring 97 med en central öppning. En katalysa- tor 99 med gasgenomströmningskanaler sträckande sig i axiell rikt- ning är monterad vid den inre delen av ringen 97 vid dennas nedströms- sida.

För åstadkommande av likformig fördelning av luft till ut- rymmena mellan de yttre hussektionerna och de inre hussektionerna är en ytterligare cylindrisk hussektion 101 med större diameter än den yttre hussektionen 93 anordnad runt anordningen utvändigt i förhållande till den inre hussektionen 95, som definierar övergångs- delen av blandningszonen. Hussektionen 101 är tillsluten vid upp- strömsänden med en ringformad sidplåt l03 samt vid nedströmsänden med ringen 97. Primärluft och för snabbkylning avsedd sekundär- luft tillföres från en fläkt eller kompressor (icke visad) genom 17 ' 7714618-1 genom en luftinloppskanal 104, som sträcker sig in i hussektionen 101 vid dennas ena sida. Den inströmmande luften fördelas periferi- ellt inom utrymmena mellan den yttre hussektionen l0l och hussektio- nen 93, som står i förbindelse med utrymmet mellan hussektionen l0l och den inre hussektionen 95 till vänster om ringen 97, vilken i sin tur genom utrymmet mellan den yttre hussektionen 93 och den inre hussektionen 95 står i förbindelse med uppströmsdelen av an- ordningen.

Vid drift av anordningen enligt fig. 2 tillföres primärt flytande bränsle, exempelvis brännolja nr. 2, genom ledningen 77 och munstycket 78 samt inströmmar i rotationsinjektorn 75. Luft som inträder i nedströmsdelen av anordningen såsom beskrives i det föregående passerar mellan den yttre hussektionen 85 och den inre hussektionen 87 omgivande blandningszonen och fortsätter mellan den yttre hussektionen 81 och den inre hussektionen 83 förbi uppströms- delen av blandningszonen och den primära förbränningszonen i utrym- met mellan den yttre hussektionen 71 och den inre hussektionen 73 vid uppströmsänden av anordningen. En viss mängd primär hjälpluft eller rotationsluft passerar genom öppningarna 79 och inströmmar i rotationsinjektorn 75 tillsammans med det primära bränslet för för- delning av bränslet i den termiska förbränningszonen. Arrangemanget av den cylindriska konstruktionsdelen 74 och rotationsinjektorn 75 med injektorn 78 för flytande bränsle och primära hjälpluftöppningar 79 kan modifieras på olika sätt som är uppenbara för fackmannen för åstadkommande av lämplig injektion av flytande bränsle. Sålunda kan primär insprutningshjälpluft vid högre tryck tillföras genom en separat ledning ersättande luftöppningarna 79 för åstadkommande av injektion av en finfördelande bränslespray genom högtrycksmunstycken (icke visade), eller också kan det flytande bränslet tillföras så- som en film på dispergeringsytor som utsättas för inverkan av hög hastighetsstrålar från en separat källa för komprimerad luft för injektion av finfördelat primärbränsle i uppströmsdelen av den inre delen av förbränningsanordningen.

Primärluft inströmmar i den termiska förbränningszonen genom en serie öppningar 105, som är fördelade runt den inre hussektionen 83. Effluenten från den termiska förbränningszonen kyles därefter eller släckes genom tillsats av ytterligare mängd luft som verkar såsom snabbkylningsluft och sekundär förbränningsluft och införes genom en första serie av luftinloppsöppningar l07 fördelade runt. hussektionen 83, samt genom en andra liknande serie av luftinlopps- öppningar 109, som är fördelade mellan öppningarna 107 men anord- I. vv1as1a-1 i w nade något nedströms i förhållande till dessa. Den erhållna kylda blandningen passerar nedströms utmed blandningszonen i vilken en ytterligare del av det flytande bränslet tillsättes till den kylda blandningen för âstadkommande av en anrikad bränsle-luftblandning vid nedströmsänden av blandningszonen, som bildas av dennas över- gångsdel i den expanderande hussektionen 95. Blandningen införes därefter till katalysatorn 99 för förbränning i katalysatorzonen.

Denna ytterligare del av det flytande bränslet, som innefattar den sekundära bränsletillförseln, införes i blandningszonen från ett flertal inloppsledningar 89 genom injektormunstycken 88, varvid viss mängd injektionshjälpluft tillföres från ledningen 90 för komp- rimerad luft genom huset 91 som omger varje munstycke 88.

Driften av den i två steg arbetande förbränningsanordningen enligt fig. 2 är i huvudsak likartad med driften av anordningen enligt fig. 1. Inloppsluften kan tillföras med ett förhållandevis lågt tryck om förbränningsanordningen exempelvis användes för till- föring av luft för processupphettning. Vid sådan användning kan en kompressor vara överflödig, och luften kan tillföras från en fläkt (icke visad) vid lågt tryck. Den slutliga effluenten från kataly- satorn 99 kan därefter passera till värmeväxlare eller kan användas för att direkt träffa eller blandas direkt med fasta material eller vätskor som skall behandlas.

Det är i hög grad önskvärt att säkerställa att det sekundära bränslet injiceras såsom en mycket fin och väl fördelad dimma från ledningarna 89, som är anordnade runt hussektionen 87 genom lämplig konstruktion och justering av de konventionella med hjälpluft ar- betande sekundärbränsleinjektorerna. Efter passage utmed den lång- sträckta blandningszonen och övergångssektionen i hussektionerna 87 och 95 är bränslet i huvudsak fullständigt fördelat, förångat É och blandat med de upphettade gasformiga materialen från den termiska förbränningszonen och den luft som tillföres för blandning, varige- nom den anrikade bränsle-luftblandningen från blandningszonen har formen av en intim blandning av bränsle och icke-bränslekomponenter vid kontakter med katalysatorn. Utspädningsluft kan, om så önskas, tillsättas till den slutliga effluenten i vilket med vad som angivits i samband med fig. l. Några arrangemang för tillföring av sådan utspäaningsluft visas icke på fig. 2. i Några exempel på drift av anordningen enligt fig. l anges i tabellform för ett intervall av lufttryck och bränsleförbruknings- värden i tabell 1. Luften tillfördes förvärmd till de angivna tempe- raturerna vid de angivna trycken mellan 1,35 och 2,1 atmosfärer.

Vid ett typiskt fall, exempelvis försök nr 3 eller 4, förekom ett 19 7714618-1 lufttryckfall mellan den plenumdel som omger det inre huset och det inre av förbränningsanordningen nedströms i förhållande till kataly- satorn av ca 0,07 atÜ.Det använda bränslet utgjordes av kommersiell propan innehållande ca 10 % propen. Vid dessa försök utfördes icke några rutinmätningar av de relativa proportionerna av flödet av pri- märluft till den termiska förbränningszonen, av sekundärluft. till snabbkylnings- och blandningszonen, eller av utspädningsluft till katalysatoreffluenten. De relativa flödena vid ett typiskt fall var emellertid ca l5 % primärluftf 35 % sekundärluft och 50 % ut- spädningsluft. Detta motsvarar grovt två tredjedels överskott av förbränningsluft jämfört med den stökiometriska proportionen i den termiska förbränningszonen eller grovt 167 % av den stökiometriska mängden primärluft.

Den kylda blandningen innehållande sekundärt bränsle som passerar genom blandningszonen till katalysatorn hade en temperatur varierande från ca 455 till ca 675OC. Temperaturen vid utloppet från katalysa- torn uppmättes med ett termoelement anordnat omedelbart medströms i förhållande till katalysatorn. Stora strålningsförluster från detta termoelement medförde emellertid att de avlästa värdena var missle- dande låga. Den verkliga arbetstemperaturen för katalysatorn uppskat- tades till ll0-220°C högre än den temperatur som uppmättes nära kata- lysatorns upplopp och varierade sålunda från ca 9800 till ca l260OC.

Vid försöken 3 till 6 lämnade gaserna förbränningsanordningen efter upphettning genom förbränning av sekundärt bränsle i närvaro av en katalysator och kyldes därefter i en tillsats av utspädningsluft till effluenten till katalysatorn till en temperatur inom omrâdet ca 425~650°C (800-l200°F). Utloppsgaserna från dessa försök inne- höll icke önskade föroreningar i märkbart lägre proportioner såsom framgår av tabell l. Det framgår att vid försök nr 1 genomfördes all förbränning i den termiska förbränningszonen och vid försök nr 7 genomfördes all förbränning i katalysatorzonen samt vid övriga försök som åskådliggöras arbetade man med förbränning av mellan ca 30 och ca 70 % av bränslet i den termiska förbränningszonen.

I tabell 2 är drift av den på fig. 2 visade anordningen exemplifierad inom ett intervall av bränsleförbrukning motsvarande värden från 83 200 till omedelbart över 250 000 kilokalorier per timme. Försöken l0, ll och l3 genomfördes med i huvudsak konstant bränsleförbrukning och åskådliggör effekten av variationer av propor- tionerna av primärt till sekundärt bränsle, som varierades genom till- föring av ca 20 % till 30 % av bränslet till den termiska förbrännings- zonen. Det framgår att för denna typ av anordning kan andelen primärt v71ins1s-1 20 bränsle påverka bildningen av NOX förhållandevis kritiskt, såsom indikeras i synnerhet av försöken 10, ll och 13. Försök 12 är väl jämförbart med försök ll vid samma primärbränsleflöde. Dessa försök visar betydelsen av en minimiandel av sekundärt bränsle, beroende på det totala bränslebehovet, för begränsning av mängden CO i effluenten, eftersom förbränningsverkningsgraden kan sjunka markant vid lägre arbetstemperaturer hos katalysatorn. Andelen kolväten i effluenterna från dessa försök var så låg att halten icke tillät noggranna mätningar.

Såsom anges i tabell 2 beräknades temperaturen vid den ter- miska förbränningen i primärzonen och temperaturen hos den kylda och anrikade blandning som strömmar från blandningszonen till katalysa- torn, liksom den adiabatiska flammtemperaturen (betecknad A. F. Temp.") för den sistnämnda blandningen som inströmmar till katalysatorn. Det kan påpekas att temperaturen hos den kylda eller släckta (snabbkylda), (quenced) blandningen, som varierades mellan 421 och 555°C, uppmättes för införandet av sekundärbränsle och att blandningen som i realiteten tillfördes till katalysatorn var väsentligt kallare beroende primärt på tillsatsen av hjälpluft för injektion av sekundärbränslet. Luften tillfördes för försöken enligt tabell 2 från en fläkt som arbetade tillräckligt över atmosfärstryck för att ge det önskade flödet, och effektiv drift indikerades av tryckförluster av ca l - 4 % mellan fläktens tryck och trycket i det inre av förbränningsanordningen.

Katalysatorns arbetstemperaturer var något lägre än de beräknade adia- batiska flammtemperaturerna på grund av en viss oundviklig värmeför- lust, men katalysatorns arbetstemperaratur låg väl över de temperatu- rer som avlästes nära katalysatorns utlopp och antages ha fallit inom området ca 1065 - l232°C. Vid erhållandet av värdena för de angivna exemplen visade visuell observation av katalysatorn under drift en färg som varierade från röd-orange till gulvitt vilket stöder upp- skattningen av arbetstemperaturen till i allmänhet inom gränserna 982 - 126o°c.

Såsom angivits ovan beträffande driften av anordningen en- ligt fig. 2 tillföres både primärluften till den termiska förbrännings- zonen samt den luft som tillsättes såsom kylluft och sekundär luft till den upphettade primära förbränningseffluenten i uppströmsdelen av blandningszonen, vid i huvudsak omgivningens atmosfärstryck, var- vid denna luft även har i huvudsak omgivningens temperatur. Vid den serie av försök som anges i tabell 2 täckte de förutbestämda totala bränsleförbrukningsförhållandena vid vilka understödd förbränning genomfördes , ett arbetsintervall för total bränsleförbrukning mellan 7,40 och 21,83 kg per timme, vilket gav ett motsvarande intervall 21 771lo618~~1 för energivärden uttryckt i kilokalorier per timme och ett motsvarande förhållande för nedskärning av bränsleförbrukningen (fuel turn-down operation ratio) av ca 3. Denna drift av denna förbränningsanordning genomfördes företrädesvis genom att man såsom primärbränsle till den termiska förbränningszonen tillförde mellan ca 20 och ca 30 % av den totala mängd bränsle som erfordrades för alla de förutbestämda totala bränsleförbrukningsförhållanden, vid vilka understödd förbränning genomfördes. 22 %1v1us1e-1 ||| _ .m o.« <.o :nu w@ mmm mm Emm .ou mO.~ «o_~ ~H.N ~o.~ Næ.H mw_m «~.W emm_wum w oo n ucmnamwm ææ Mw ß WWW MH Uonßñüwâofiuß Nmil Éflæ oïw mdïæ wmå wwåmw www uofiëu%x..ß .swšßåm o~o måw mÄm m~wm av om wïom _ \% ßwßfi Hwuøa. .ÉJ WÄÃ mmÄ oïm Hmå.. _ .H w. wflwcwun ämm., o.o mïm HÃÃ mTw NN~ wmß o o vïmx mamcmnn .Mmm mflm mom mom oda ßoflm .Hm N Nvå åmvïøflmnmun .Eflum SÅ ooÅ moÄ wwš må mm. mm oo fmämuumsq _ wm 0 wm.o www .xuænußwsu ß w m w m m H ...E .mnmm .HQEG/NB . .- ,......-,._.., i _ 7271116184 m.m m.m m_mm m_m m_mm m_m m.m m.m Emm .xoz mzwømmmm m_mm m.mm mmmm mmmkm m_m m.m m.m m.m ämm .om mawømmmm mmm mmm mmmm mmm mmm mmmm mmm mmm uo;wmawæfim»n.mmx 3 mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm uo.me@».m.< .mmm 2 1-1 ||| mmm mmm mmm mmm 11- ||| uo .mmm _» cmnmmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm o.cmn~mm mmmmmmmam m_mm mm.m mm.m mm.m mm_m mm_m mm.m mm.m nma\mx .mmøm mmmoa mm.m mm.m mm_m mm_m mm_m mm_m mm.m mm.m cme\mm _mmsm .mmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm uo _.ma«m .smmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm .mmmm >m m .mmsm .smmm mm.m mm.m mm_m mmmm mm.m mm.m om.m mmm.m nmE\mx .musm .emma m_mm m.mm m.mm m.mm m.mm m.mm m.mm m.mm m .wmwammn .amma mm_mm mm.mm mm.mm mmmm mm.mm mm_mm mm.m mm.m m\mm mmmammn .mmm mm_m mm.m mm_m mm.m _ mm.m mm_m mm.m mm.m z\mm_wmmflmmm .smmm mmm mmm omm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mm n\mmom _.=m:mmmmm mm mm mm mm mm om m m mc .mmmm N .HHWMGB

Claims (12)

väilsïš1s-1 i n PATENTKRAV

1. Förfarande för genomförande av understödd förbränning av ett kolhaltigt bränsle vid förutbestämda totala bränsleförbruknings- värden, k ä n n e t e c k'n a t därav, att man utnyttjar en för- bränningsanordning som innefattar en termisk förbränningszon och nedströms i förhållande till denna i följd en blandningszon och en katalysatorzon, varvid vid minst ett totalt bränsleförbrukningsvärde en väsentlig andel av bränslet förbrännes 1 vardera av den termiska förbränningszonen och katalysatorzonen, varvid man under drift under detta bränsleförbrukningsvärde tillför en väsentlig andel av bränslet till den termiska förbränningszonen och samtidigt tillför luft till den termiska förbränningszonen för åstadkommande av i huvudsak fullständig förbränning av bränslet som tillföres till zonen med bildning av en upphettad effluent, till den upphettade effluenten i en uppströms-del av bland- ningszonen tillsätter en ytterligare mängd förhållandevis kall luft så att man erhåller en kyld blandning, till den kylda blandningen, som passerar genom en nedströms- del av blandningszonen tillsätter en väsentlig ytterligare mängd av bränslet så att den totalt tillförda mängden motsvarar den totala mängd som erfordras för bränsleförbrukningsvärdet ifråga så att man erhåller en anrikad bränsle-luftåblandning, och förbränner denna anrikade bränsle-luftblandning i närvaro av katalysatorn till bildning av en effluent med hög termisk energi, varvid denna ytterligare mängd luft är tillräcklig för att hålla den kylda blandningen och den anrikade bränsle-luftbland- ningen vid temperaturer inom området ca 260-650°C i blandningszonen för inhibering av förförbränning i denna av det ytterligare tillsatta bränslet, och den erhållna bränsle-luftblandningen uppvisar en adiabatisk flammtemperatur av sådant värde att driftstemperaturen hos katalysa- torn vid kontakten med katalysatorn är väsentligt över den ögonblick- liga självantändningstemperaturen för bränsle-luftblandningen men understiger en temperatur som medför väsentlig bildning av oxider av kväve.

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n noe t e c k n a t därav, att det kolhaltiga bränslet vid förbränning med en stökio- metrisk mängd luft uppvisar en adiabatisk flammtemperatur av minst ca 1s1s°c.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, därav, att den understödda förbränningen av det kolhaltiga bränslet k ä n n e t e c k n a t 9.6 771h518-1 genomföres under huvudsakligen adiabatiska betingelser.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att katalysatorns arbetstemperatur är ca 927-l760°C.

5. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att katalysatorns arbetstemperatur är ca 1093-l650°C.

6. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att mängden luft som tillföres till den termiska förbrännings- zonen för åstadkommande av i huvudsak fullständig förbränning av det bränsle, som tillföres till denna zon, hålles vid mellan ca 125 och ca 185 % av den stökiometriska mängd som erfordras för fullstän- dig förbränning av bränslet, som tillföres till zonen.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att katalysatorns arbetstemperatur är ca 927-l760°C.

8. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det kolhaltiga bränslet som tillföres till den termiska förbränningszonen och tillsättes i blandningszonen utgöres av ett flytande bränsle.

9. Förfarande enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att den anrikade bränsle-luftblandningen från blandningszonen föreligger i form av en intimblandning vid kontakt med katalysatorn.

10. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att mellan ca 20 och ca 70 % av den totala mängden bränsle som erfordras för det bränslebehov vid vilket förbränningen genom- föres, tillföres till den termiska förbränningszonen.

11. ll. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den ytterligare mängd luft som tillföres i blandninge- zonen är tillräcklig för att hålla den kylda blandningen och den anrikade bränsle-luftblandningen vid en temperatur av ca 371-538°C.

12. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den luft, som tillföres till den termiska förbrännings- zonen och den luft som tillföres till den upphettade effluenten i uppströmsdelen av blandningszonen tillföres vid temperatur och tryck vid i huvudsak omgivningens betingelser, och varvid, för var och en av de förutbestämda totala bränsleförbrukningshastigheter, vid vilka den understödda förbränningen genomföres, mellan ca 20 % och ca 30 % av den totala mängden erforderligt bränsle tillföres till den termiska förbränningszonen.