De pulsbrander of Pulse combustor

31 jaar ingenieurservaring in industriële en huishoudelijke projecten.

Het beste is maar goed genoeg.

Werkingsprincipe

Een pulserende brander (Engels: pulse combustor) is een verbrandingskamer waarin de verbranding discontinu verloopt; een reactiefase wordt afgewisseld met een fase waarin de reactie even ophoudt. Pulse is dus geen continue verbranding. Het woord verbranding dekt de lading niet geheel. De snelheid van de omzetting van het brandstof-luchtmengsel ligt vele malen hoger dan de maximale verbrandingssnelheid. Feitelijk bestaat pulserende verbranding uit een zeer snelle successie van elkaar opvolgende explosies. ( 0.1 tot 2000 per sec.)
Tijdens het starten, blaast een ventilator lucht (of perslucht) in de explosiekamer, tevens wordt de ontsteking in werking gesteld en brandstof toegelaten. Op het moment dat het explosielimiet bereikt wordt zal het mengsel exploderen. Als gevolg van deze explosie zal de druk oplopen en beginnen de gassen te expanderen door de inlaat en de uitlaatpijpen. Omdat de uitlaatpijp een langere lengte heeft dan de inlaatpijp zal er, als gevolg van de massatraagheid van het uitlaatgas waardoor het zich gedraagt als een zich verplaatsende zuiger, een onderdruk in de explosiekamer gecreëerd worden. Deze onderdruk zuigt nieuwe lucht en brandstof aan en zorgt er zelfs voor dat de uitlaatgassen van richting omkeren en terug naar de explosiekamer gaan stromen. In de explosiekamer zal het nieuwe mengsel botsen met deze, nog steeds hete, uitlaatgassen. Druk en temperatuur nemen toe; een nieuwe explosie zal het gevolg zijn. Dat maakt de cyclus compleet.
Ventilator en ontsteking zijn niet meer nodig voor het proces en kunnen worden uitgeschakeld. De combustor “loopt” zonder enige vorm van hulpenergie, meer of minder zoals een dieselmotor.
In het lagere vermogensspectrum, van 10 tot 100 kW wordt de inlaat vaak afgesloten met door de gasstroom bewogen terugslagkleppen. Voor grotere vermogens, 100 kW tot 10 MW, worden meestal geen mechanische kleppen gebruikt maar zogenaamde aërodynamische kleppen. Aldus zijn er in het geheel geen bewegende delen noodzakelijk.
Van de brander kun je ook een tweetraps-brander maken, waarbij de brandstof van de tweede trap anders kan zijn dan de eerste trap. Hierbij zijn brandstoffen denkbaar van gas vloeistof of vast. Hierbij is de capaciteit van tweede trap tot circa 10× groter te maken als de eerste trap. De eerste trap is dan de zogenoemde pulse brander en de tweede de gepulste brander.

Voorbeelden

Een voorbeeld van toepassing van de kleppenbrander is het Duitse V1 raketmotor. In de voormalige Sovjetunie werd de ongedempte pulserende brander gebruikt om de olieleidingen die door Siberië gelegd werden voor het lassen te voorverwarmen. En in de loop der jaren zijn er meerdere bedrijven die getracht hebben om met de vele toepassingsmogelijkheden van de brander geld te verdienen. Dit is nooit echt geslaagd.
Het meest eenvoudige voorbeeld van de kleppenloze branders is wel de de Rijkebuis, dit is een rechte pijp met op ¼ een verbrandingshaard. Als deze goed genoeg brandt, gaat hij vanzelf pulseren. Een voorbeeld is de potkachel, deze begint als hij goed opgestookt is op gegeven moment te "brullen". Dit is ook een pulserende verbranding.

Werking

De pulserende verbrandingstechnologie bestaat al sinds het begin van de 20e eeuw en kent inmiddels diverse en vele toepassingen, zoals straalaandrijving, verbranding, droging, luchtverwarming etc. Deze technologie is verder ontwikkeld ten behoeve van de droging en/of verbranding van waterhoudende afvalstromen. De pulserende branders en reactoren kenmerken zich door wetenschappelijk en proefondervindelijk vastgestelde geometrie en dimensies zónder kritische bewegende delen zoals kleppen.

De brander bestaat uit drie hoofddelen, de verbrandingskamer, een inlaatsectie bestaande uit een brandstoftoevoer en een luchtinlaat (zonder kleppen) en een uitlaatsectie voor het afvoeren van de hete afgassen. De sterk pulserende rookgassenstroom (150 tot 250 Hz) wordt vervolgens, al dan niet in combinatie met een 2e naverbrander, in een reactorruimte gevoerd, alwaar het afvalproduct gedroogd of volledig verbrand (verast) wordt. De (gasvormige) brandstof wordt in de pulsbrander continue ingevoerd, terwijl de verbrandingslucht ook pulserend tot de verbrandingskamer toetreedt. Door de hoogfrequente pulsaties wordt de warmte- en massa-overdracht met een factor 2 tot 5 verhoogd ten opzichte van conventionele (‘steady-state’) technologieën als gevolg van de sterke pulsaties, hoge snelheden en grenslaagbreking. De zeer snelle verbranding resulteert verder in gereduceerde emissies van NOx en CO. Pulsbranders kenmerken zich verder door een extreem hoge brandstofflexibiliteit, variërend van gasvormig tot vast, waarbij (bio-)gas, bruinkool, olie, poederkool etc. gebruikt kunnen worden in combinatie met het gedroogd afvalproduct.

Symbolische weergave van het werkingsprincipe:
Beschrijving: http://www.pulsedheat.com/images_user/Image/technologie1.jpg

Deze branders en bijbehorende reactoren zijn compact van bouwvorm, zelfaanzuigend en zelfreinigend (door de sterk pulserende verbrandingsgassen worden mogelijke afzettingen ‘eraf getrild’).
Het gedroogde product of de asrest is van een bijzondere broze en ‘luchtige’ structuur waardoor een goede en makkelijke verwerking mogelijk is.

Verschillen tussen pulserende en conventionele, steady-state verbranding:
Beschrijving: http://www.pulsedheat.com/images_user/Image/technologie2.jpg

Beschrijving: http://www.pulsedheat.com/images_user/Image/technologie2.jpg

Belangrijke aandachtspunten bij het ontwerp van onze installaties zijn geluid en materiaalkeuze, waarbij d.m.v. de juiste akoestische en materiaal-technische engineering aan de geldende eisen en voorwaarden wordt voldaan.
Een van onze sterkste voordelen ten opzichte van conventionele technieken is dat door de nauwelijks bewegende delen en hoge efficiëntie van verbranding, zeer compacte installaties gebruikt kunnen worden, hetgeen zich vertaalt in relatief lage investeringskosten. Door de verbrandingsmodus aan te passen van conventioneel ('steady-state') naar pulserend kunnen enorme besparingen in brandstofconsumptie verkregen worden.

Werkingsprincipe

Voorbeelden

Werking

Voordeel: Geen schouw meer nodig = -3000,-€

Cascadeopstelling

Toepassingen