DK148928B - Braender til forbraending af nitrogenholdige braendstoffer - Google Patents

Description

i 148928

Opfindelsen angår en brænder til forbrænding af nitrogenholdige brændstoffer bestående af et kefneluftrør med centrisk monteret olieforstøverlanse, et støvrør, der omgiver kerneluftrøret, et kappeluftrør, der omgiver 5 støvrøret, og som ved luftindføringen er forsynet med en aksialt forskydelig prelskovlekrans, samt en brænderpotte, der udvider sig konisk mod forbrændingskammeret.

En brænder med de ovennævnte konstruktionsmæssige træk,og som er kendt fra VGB-Kraftwerkstechnik 57, 10 hæfte 10, oktober 1977, billede 5, side 672, frembringer røggasser med en betydelig NOx~koncentration.

Reaktionsmekanismerne, der forårsager dannelsen af nitrogenoxider ved tekniske forbrændinger er i vidt omfang kendte. Der skelnes i dag i det væsentlige 15 mellem to forskellige dannelsesreaktioner: “den termiske ΝΟχ-dannelse, der beror på oxidationen af molekylært nitrogen, der f.eks. forekommer rigeligt i forbrændingsluften. Eftersom oxidationen af molekylært nitrogen kræver atomart oxygen 20 eller agressive radikaler (f.eks. OH, Og, etc.), er den stærkt temperaturafhængig, derfor termisk N°x; “dannelsen af brændstof-NOx, der foregår ved oxidationen af bundne nitrogenforbindelser i brænd-' 25 stoffet. Under pyrolysen danner der sig af disse nitrogenforbindelser nitrogen-carbon og nitrogen-hydrogenradikaler (CH, HCN, CH etc.), der på grund af deres reaktionsdygtighed med molekylært oxygen hurtigt ved relativ lave temperaturer i 30 nærværelse af oxygen oxideres til Ν0χ.

Derfor opnår man en nedsættelse af den termiske ΝΟχ-dannelse ved fremfor alt at sænke forbrændingstemperaturen og opholdstiden ved høje temperaturer. Eftersom der ved forbrænding af brændstoffer med bundet 35 nitrogen dog opstår en stor andel af den totale Ν0χ-dannelse ved brændstof-NOx-reaktionen, er de foran nævnte forholdsregler ved sådanne brændstoffer ikke tilstrækkelige til opnåelse af de i nogle lande gældende 148928 2 emissionsgrænser. Derfor er det nødvendigt allerede under pyrolysen i fravær af oxygen at reducere nitrogenforbindelserne til molekylært nitrogen (^) · Undersøgelser har vist, at disse reduktionsreaktioner til moleky-5 lært nitrogen f.eks. finder sted, når brændstofferne forbrændes under understøkiometriske betingelser, dvs. med mindre oxygen- eller lufttilsætning end nødvendigt til fuldstændig forbrænding.

Til opnåelse af optimale resultater kan et luft-10 forhold i den primære forbrændingszone alt afhængigt af randbetingelserne (f.eks. forbrændingskammerets vægtemperatur) vælges mellem 0,9 og 0,5. Ganske vist må de, i det understøkiometriske primærområde opståede reaktionsprodukter, efterforbrændes for at opnå en fuld-15 stændig forbrænding af carbonhydridforbindelserne i brændstoffet.

Undersøgelser har vist, at med en sådan 2-trins-forbrænding kan såvel brændstof-NOx-dannelsen ved samtidig varmefratagelse fra det understøkiometriske om-20 råde og den termiske NO^-dannelse formindskes betydeligt. Ved forsøg blev der ved anvendelse af 2-trins-forbrændingen opnået en nedsættelse af NOx-emissions-værdierne i forhold til uopdelt forbrænding på indtil ca. 70%.

25 En oliebrænder, i hvis flamme der dannes en understøkiometrisk forbrændingszone, og i strømretningen derfra en sekundær forbrændingszone, der kan tilføres en første koncentrisk omgivende restluftstrøm til fuldstændiggørelse af forbrændingen, fremgår af U.S.A.

30 patent nr. 4.023 921. NO -formindskelsen skyldes ved

X

denne brænder i væsentlig grad den yderligere indføring af kold røggas i den primære forbrændingszone.

I en kendt kulstøvsbrændér (DE-brugsmønster nr.

18 68 003) tilføres den fra hovedluftkanalen afgrenede 35 kappeformige sekundærluftstrøm gennem to direkte om hinanden ringformigt anbragte rør, der kan reguleres enkeltvis,for f.eks, at lade den indre, og dermed den umiddelbart op til støvstrålen værende, sekundære luft- 3 14892$ strøm, udtræde med lavere, og den øvre sekundære luftstrøm med højere hastighed.

En ulempe ved denne indretning er,at der optræder en forlængelse af flammen, som derved kræver 5 større forbrændingskamre, og at ved' en belastningsbetinget sænkning af sekundærluften sænkes sekundær-lufthastigheden til under støvlufthastigheden, hvorved flammens karakter og form ændres. Under visse omstændigheder kan tændingen herved påvirkes negativt.

10 I en anden kendt kulstøvsbrænder (sweizisk patentskrift nr. 3 46 313) findes der på siderne af brændstofmundingsdelen ekstra lufttilføringselementer, der løber skråt ' fremad til brændstofstrålen. Ekstra luft tilføres over to udenom brænderen liggende spaltelignende kanaler.

15 Ved denne brænder kræves der på grund af den dannede lange smalle flamme større forbrændingskamre. Flammens karakter og form kan let ændres og forstyrrer hurtigt driften. Der optræder endog lettere tændingsvanskelig-heder.

20 Det er yderligere kendt at foretage en primær forbrænding under understøkiometriske forhold i et forkammer til forbrændingskammeretmed røggasrecirkulation og tilblande den luft, der kræves til den fuldstændige forbrænding, de røggasser der forlader for-25 kammeret (GB-patent nr. 1.530 831). Ulempen ved denne indretning består i faren for rørvægskorrosion af det understøkiometrisk drevne forkammer.

Det har ved opfindelsen været tilstræbt at udvikle en brænder af den ovennævnte type, ved hvilken 30 der under dannelse af en understøkiometrisk primær forbrændingszone imiddelbart ved brænderudgangen,og en dertil knyttet efterforbrændingszone til restudbrænding under overstøkiometriske forhold,opnås en formindskelse af NO -dannelsen ved at påvirke til-35 sætningen af forbrændingsluft i efterforbrændingszonen.

Dette opnås ifølge opfindelsen med en brænder af ovennænvte art, der er ejendommelig ved, at den koncentrisk omkring brænderpotten er forsynet med 4 148928 mindst to, maksimalt seks luftdyser, som ved kanaler er forbundet med hovedluftkanalen, hvis totale luftstrøm er regulerbar med et spjæld, og at luftdyserne er anbragt på en delkreds, hvis tvær-5 snit er mindst 1,5 gange og maksimalt 3 gange kappe-1uftrørets tværsnit.

Luftdyserne kan desuden i en yderligere udførelsesform for opfindelsen fremstilles som huldyser eller som spaltedyser, hvorved f.eks. de spalteagtige åbnin-10 ger fremstilles ved at fjerne bladene mellem rørene.

De fordele, der opnås ifølge opfindelsen, består i, at ved tilsætning af en del af sekundærluften gennem de uden for brænderens kappeluftrør værende luftdyser til efterbrændingszonen i forbrændingskammeret, foregår 15 forbrændingsforløbet af det til forbrændingen kommende nitrogenholdige brændstof således, at NO -værdierne formindskes til et minimum uden, at brænderens tænding over det totale belastningsområde bringes i fare, at der opstår slaggeaflejringer og korrosion på for-20 brændingskammerrørene, og at udbrændingen nedsættes.

Som eksempel beskrives opfindelsen under henvisning til de i tegningen viste figurer, hvori fig. 1 viser en brænder ifølge opfindelsen i længdesnit, 25 fig. 2 viser brænderen set i pilretningen F.

Brænderen består af et centralt kerneluftrør 1, der er egnet til optagelse af en olieforstøverlanse til tændingsfyring eller vekselvis belastningsfyring med olie. Kerneluftrøret er gennem en kanal 2 over et 30 spjæld 3 forbundet med en hovedluftkanal 4. Koaksialt med kerneluftrøret er der anbragt et støvluftrør 6, der gennem et støvfordelerkammer 7 er sluttet til en støvledning 8. Denne forsynes fra et kulstøvrør med den til forbrænding fastsatte støvluftblanding. Omkring 35 støvluftrøret er et kappeluftrør 9 anbragt koaksialt, og som gennem et spjæld 13 er forbundet med hovedluft-kanalen 4. En af kappeluften aksialt gennemstrømmet 148928 5 prelskovlering 10 kan over flere spindler og et håndhjul 12 forskydes aksialt. Kappeluftkanalen er over en konisk åbnende brænderpotte 14 forbundet med for-brændingskammeret. Fra hovedluftkanalen 4 forsynes 5 luftdyser 16 med såkaldt trin-luft over flere kanaler 15, hvilke dyser er fordelt ligeligt over en tænkt delkreds af brænderrumfanget. Brænderpotten 14 er f.eks. fremstillet af keramisk masse. Den indbygges i en rørkurv 18, der dannes af rørene i forbrændings-10 kammerets rørbeklædning.

Luftdyserne 16 kan fremstilles enten som huldyser eller som spaltedyser. Spaltedyserne fremkommer ved fjernelse af den af rør-stiver-rør fremstillede rørbelægning på forbrændingskammervæggen.

15 Trinluftstrømmen, der over kanalen 15 med dysen 16 går over i forbrændingskammeret,reguleres med et spjæld 17.