NL9201847A

NL9201847A - Mesh burner.

Info

Publication number: NL9201847A
Application number: NL9201847A
Authority: NL
Original assignee: Supergas Bv
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1994-05-16
Also published as: EP0594262A1

Description

Titel: Gaasbrander.Title: Mesh burner.

De uitvinding heeft betrekking op een brander welke eventueel als premix brander kan worden gebruikt, echter in het bijzonder is bestemd voor gebruik bij gastoestellen met gedeeltelijk voorgemengde of zgn. atmosferische branders.The invention relates to a burner which can optionally be used as a premix burner, but is in particular intended for use with gas appliances with partially premixed or so-called atmospheric burners.

Bij atmosferische branders welke in het algemeen door hun eenvoudige constructie goedkoper zijn dan premix branders met een ventilator, is in het algemeen de NOx-emissie hoger dan bij premix ventilatorbranders, waarmee voor gastoestellen tot 35 kW emissies van minder dan 40 ppm NOx bereikbaar zijn. Een uitzondering hierop zijn atmosferische keramische stralingsbranders waarmee NOx-emissies van 10 ppm mogelijk zijn. Keramische branders hebben echter het nadeel dat in het broze materiaal makkelijk scheurvorming optreedt, de dikke branderplaten moeilijk inbouwbaar zijn en er een gerede kans is op vervuiling van de poreuze branderplaat.Atmospheric burners, which in general are cheaper than premix burners with a fan due to their simple construction, the NOx emissions are generally higher than with premix fan burners, so that for gas appliances up to 35 kW emissions of less than 40 ppm NOx can be reached. An exception to this are atmospheric ceramic radiant burners with which NOx emissions of 10 ppm are possible. However, ceramic burners have the disadvantage that the brittle material easily cracks, the thick burner plates are difficult to install and there is a good chance of contamination of the porous burner plate.

Bekende maatregelen om bij atmosferische branders door het relatief laag houden van de vlamtemperatuur een lagere NOx-uitstoot te verkrijgen zijn: - het toepassen van hittebestendige inzetstukken in de flanken van de vlammen, welke warmte aan de vlammen onttrekken; - het door middel van schotten rondom de atmosferische brander of op andere wijze uitstellen van de toetreding van secundaire verbrandingslucht en daarmee het uitstellen van de verbranding, zodat een langere vlam met een groter oppervlak wordt gevormd voor warmte-afgifte aan de omgeving; - het toepassen van waterkoeling bij de brander; dan wel - platte brandermondstukken die een vlindervormige vlam bewerkstelligen met een groot oppervlak voor warmte-afgifte aan de omgeving.Well-known measures to obtain lower NOx emissions from atmospheric burners by keeping the flame temperature relatively low are: - the use of heat-resistant inserts in the flanks of the flames, which extract heat from the flames; - delaying the entry of secondary combustion air by means of baffles around the atmospheric burner or otherwise, and thereby delaying the combustion, so that a longer flame with a larger surface is formed for heat release to the environment; - applying water cooling to the burner; or - flat burner nozzles that produce a butterfly-shaped flame with a large surface area for heat release to the environment.

Met al deze technieken wordt ofwel een onvoldoende verlaging van de NOx-emissie verkregen, ofwel de toegepaste maatregelen zijn duur.With all these techniques, either an insufficient reduction of the NOx emission is obtained, or the measures applied are expensive.

De uitvinding beoogt een atmosferische brander waarbij zonder kostbare maatregelen een lage NOx-uitstoot en ook een lage CO-produktie wordt verkregen.The object of the invention is an atmospheric burner in which a low NOx emission and also a low CO production are obtained without expensive measures.

Hiertoe is bij de brander volgens de uitvinding boven een rij brandstof-injectiemondstukken een gas/lucht-mengkamer aan één zijde begrensd door een gesloten geleidingswandelement en aan de andere zijde alsmede aan de bovenzijde door een wand van hittebestendig gaas.To this end, in a burner according to the invention, above a row of fuel injection nozzles, a gas / air mixing chamber is delimited on one side by a closed guide wall element and on the other side, and at the top by a wall of heat-resistant mesh.

Door de impulswerking van de gasinjectie wordt primaire verbrandingslucht in de bovenliggende mengkamer meegezogen.Due to the impulse effect of the gas injection, primary combustion air is drawn into the upper mixing chamber.

Het brandbare mengsel wordt door het geleidingswandelement in de richting van het gaas gedwongen en gelijkmatig over het gaasoppervlak verdeeld. Het gas/luchtmengsel treedt door het gaas heen en vlamvorming vindt direct aan de buitenzijde van het gaas op korte afstand daarvan plaats. De vlam wordt daarbij op een betrekkelijk lage temperatuur gehouden door doordat warmte van de vlam door geleiding naar het gaas wordt afgevoerd en het gaas continu door het doorstromende mengsel wordt gekoeld. Het geleidingswandelement heeft tevens een koelende werking.The flammable mixture is forced through the guide wall element towards the mesh and evenly distributed over the mesh surface. The gas / air mixture passes through the mesh and flame formation takes place directly on the outside of the mesh at a short distance from it. The flame is thereby kept at a relatively low temperature by the fact that heat is transferred from the flame to the mesh by conduction and the mesh is continuously cooled by the flow-through mixture. The guide wall element also has a cooling effect.

Naast het koelen van de vlam heeft het gaas nog een stroming-regelende functie. Door gaas met een relatief hoog netto doorlaatpercentage, afhankelijk van de gassoort, in de orde van grootte van 27 mesh, te kiezen levert het gaas voldoende weerstand aan het doorstromende mengsel om enerzijds een juiste bijmenging van primaire lucht in de mengkamer te garanderen en anderzijds het terugslaan van de vlam te verhinderen.In addition to cooling the flame, the mesh also has a flow-regulating function. By choosing mesh with a relatively high net permeability percentage, depending on the gas type, in the order of magnitude of 27 mesh, the mesh provides sufficient resistance to the flow-through mixture on the one hand to ensure correct admixture of primary air in the mixing chamber and on the other hand to prevent flame retardation.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de brander volgens de uitvinding uitgevoerd als een koepelbrander, voorzien van een basisring welke is uitgevoerd als een in hoofdzaak cirkelvormige gas-injecteur, waarboven een mengkamer wordt begrensd door aan de radiale binnenzijde een gesloten koepel en aan de buitenzijde een concentrisch daaromheen geplaatste gaaskoepel.In a preferred embodiment of the invention, the burner according to the invention is designed as a dome burner, provided with a base ring which is designed as a substantially circular gas injector, above which a mixing chamber is bounded by a closed dome on the radial inside and on the outside a mesh dome placed concentrically around it.

Bij een dergelijke uitvoering van de brander wordt de vlam op een zeer korte afstand van het gaas (orde van grootte 1 mm) gestabiliseerd bij een uitbrandhoogte van 50 mm en door de beschreven vlamkoeling zijn overwegend lage NOx-emissies < 20 ppm bereikbaar.With such a burner design, the flame is stabilized at a very short distance from the mesh (order of magnitude 1 mm) at a burn-out height of 50 mm and the described flame cooling achieves predominantly low NOx emissions <20 ppm.

Ten aanzien van de volledigheid van de verbranding wordt opgemerkt dat bij proefnemingen CO-emissies van < 100 ppm. zijn gemeten.With regard to the completeness of the combustion, it is noted that in experiments CO emissions of <100 ppm. are measured.

Bij een koepelvorm, bestaande uit een verticaal cylindrich wanddeel en een via een afgeronde overgang daarop aansluitend eindwanddeel, waarbij de hoogte van het cylindrische deel in dezelfde orde van grootte is als de diameter van de gaaskoepel, is de brander volgens de uitvinding bij uitstek geschikt voor toepassing in doorstroomtoestellen, zoals een gasgeiser, waarbij de vuurhaardbelasting betrekkelijk hoog is (ca.3500 kW/m3). Door de koepelvorm blijft daarbij de specifieke branderbelasting betrekkelijk laag, nl. ca. 250 kW/m2.In a dome shape, consisting of a vertical cylindrical wall part and an end wall part connecting thereto via a rounded transition, wherein the height of the cylindrical part is of the same order of magnitude as the diameter of the mesh dome, the burner according to the invention is ideally suited for application in flow-through appliances, such as a gas water heater, where the combustion chamber load is relatively high (approx. 3500 kW / m3). Due to the dome shape, the specific burner load remains relatively low, namely approx. 250 kW / m2.

De cirkelvormige gas-injecteur kan zijn uitgevoerd met een reeks over de basisring gelijkmatig verdeeld aangebrachte brandstof-inspuitmondstukken, welke uit een in de basisring aanwezige kamer worden gevoed.The circular gas injector may be formed with a series of fuel injection nozzles evenly distributed over the base ring, which are fed from a chamber present in the base ring.

Voor een verder doorgevoerde gelijkmatige verdeling van geïnjecteerd gas in omtreksrichting, kan door twee concentrische ringen boven de brandstof-inspuitmondstukken een ringspleet zijn gevormd, waar doorheen het gas in de mengkamer wordt geleid.For a further effected uniform distribution of injected gas in the circumferential direction, an annular gap can be formed by two concentric rings above the fuel injection nozzles, through which the gas is passed into the mixing chamber.

Verder kan volgens de uitvinding de koepelbrander bij de onderzijde van de gaaskoepel zijn voorzien van een anti-vlamomslag-schot dat de vorm kan hebben van een zich van de onderzijde van de gaaskoepel omlaag, zijdelings om de basisring uitstrekkende ring, dan wel zijn uitgevoerd als een zich van de onderzijde van de gaaskoepel zijdelings uitstrekkende gaaswand.Furthermore, according to the invention, the dome burner at the bottom of the mesh dome can be provided with an anti-flame-flap partition which can take the form of a ring extending downwards from the bottom of the mesh dome, laterally around the base ring, or in the form of a a mesh wall extending laterally from the bottom of the mesh dome.

In een variantuitvoeringsvorm van de gaasbrander kan deze zijn uitgevoerd als lijnbrander, voorzien van een langwerpige branderbuis met twee evenwijdige reeksen brandstof-inspuitmondstukken, waarbij het gesloten geleidingswandelement is uitgevoerd als een tussen de mondstukreeksen opgestelde opstaande wand en het samenstel is omgeven door een rechthoekige gazen kooi.In a variant embodiment of the mesh burner, it may be in the form of a line burner, provided with an elongated burner tube with two parallel series of fuel injection nozzles, the closed guide wall element being formed as an upright wall arranged between the nozzle series and the assembly surrounded by a rectangular mesh cage. .

De brander volgens de uitvinding is een atmosferische stralingsbrander waarmee de genoemde voordelen van een keramische stralingsbrander worden verkregen zonder de genoemde nadelen daarvan.The burner according to the invention is an atmospheric radiant burner with which the aforementioned advantages of a ceramic radiant burner are obtained without the stated disadvantages thereof.

Ter verduidelijking van de uitvinding zullen, onder verwijzing naar de tekening, twee uitvoeringsvoorbeelden van de gaasbrander worden beschreven.To illustrate the invention, two embodiments of the mesh burner will be described with reference to the drawing.

Fig. 1 toont schematisch een langsdoorsnede-aanzicht van een koepelbrander: fig. IA toont een detail van fig. 1 in een variantuitvoering; fig.lB toont een ander detail van fig. 1 in een variantuitvoering; en fig. 2 toont een schematich perspectief-aanzicht van een staafbrander.Fig. 1 schematically shows a longitudinal sectional view of a dome burner: FIG. 1A shows a detail of FIG. 1 in a variant embodiment; Fig. 1B shows another detail of Fig. 1 in a variant embodiment; and Fig. 2 shows a schematic perspective view of a rod burner.

Volgens de tekening, in het bijzonder fig. 1, is de gaasbrander volgens de uitvinding in de uitvoering als koepelbrander, voorzien van een in hoofdzaak cirkelvormige gas-injecteur in de vorm van een basisring 1, met daarboven een koepelvormig, gesloten, metalen geleidingswandelement 2 en een concentrisch op afstand daaromheen geplaatste koepelvormige gaaskoepel 3. De gaaskoepel 3 heeft een rechtopstaand cylindrisch deel 3a, waarvan de hoogte in dezelfde orde van grootte is als de diameter. Het cylindrische koepeldeel 3a gaat via een afgeronde overgang 3b over in een eindwanddeel 3c. In fig. 1 zijn verder een vuurhaardwand 4 en een warmtewisselaar 5 aangegeven.According to the drawing, in particular fig. 1, the gauze burner according to the invention is in the embodiment as a dome burner, provided with a substantially circular gas injector in the form of a base ring 1, with above it a dome-shaped, closed, metal guiding wall element 2 and a concentrically spaced dome-shaped mesh dome 3. The mesh dome 3 has an upright cylindrical portion 3a, the height of which is of the same order of magnitude as the diameter. The cylindrical dome part 3a merges with an end wall part 3c via a rounded transition 3b. Fig. 1 further shows a furnace wall 4 and a heat exchanger 5.

De basisring 1 heeft aan de bovenzijde een reeks in omtreksrichting gelijkmatig verdeeld aangebrachte gas-blaasmondstukken 6 die uit een in de ring 1 aanwezige kamer 7 worden gevoed. De ring 1 bevindt zich onder een met mengkamer aan te duiden ruimte 8 tussen de gesloten metalen koepel 2 en de gaaskoepel 3.The base ring 1 has at the top a series of circumferentially evenly distributed gas blowing nozzles 6 which are fed from a chamber 7 present in the ring 1. The ring 1 is located under a space 8 to be designated by the mixing chamber between the closed metal dome 2 and the mesh dome 3.

In bedrijf wordt gas uit de mondstukken 6 in de mengkamer 8 geblazen en zuigt daarbij primaire lucht mee (zie pijlen P). Bij juiste onderlinge afstemming van de dimensionering van de branderonderdelen, van het netto doorlaatpercentage van het gaas en van de drukomstandigheden in de vuurhaard en in de stroomafwaarts daarvan gelegen rookgastrajectdelen, zal een in hoofdzaak stoechiometrisch gas/luchtmengsel door het gaas stromen en vlamstabilisatie zal op korte afstand daarvan plaatsvinden, zoals schematisch met V aangegevenIn operation, gas is blown from the nozzles 6 into the mixing chamber 8 and thereby sucks primary air (see arrows P). When properly coordinated with the sizing of the burner components, the net mesh percentage and the pressure conditions in the furnace and in the downstream flue gas section, a substantially stoichiometric gas / air mixture will flow through the gauze and flame stabilization will shortly distance, as schematically indicated by V.

In fig. IA is aangegeven dat de gelijkmatige verdeling van het uit de blaasmondstukken tredende gas in omtreksrichting verder kan worden verbeterd door middel van twee concentrische ringen 9, 9' die een doorlaatspleet 10 begrenzen.Fig. 1A shows that the uniform distribution of the gas exiting the blowing nozzles in the circumferential direction can be further improved by means of two concentric rings 9, 9 'delimiting a passage gap 10.

In fig. 1 is verder een scherm 11 aangegeven waarmee vlamomslag omlaag kan worden verhinderd. Een alternatief is aangegeven in fig. 1B, waarbij de schermring 11 is vervangen door een gaaswandscherm 12.Fig. 1 furthermore shows a screen 11 with which the flame fold down can be prevented. An alternative is shown in Fig. 1B, in which the screen ring 11 is replaced by a mesh wall screen 12.

Fig. 2 toont de gaasbrander volgens de uitvinding in de vorm van een lijnbrander. Daarbij zijn equivalente onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven als in fig. 1, echter verhoogd met 100.Fig. 2 shows the wire burner according to the invention in the form of a line burner. Equivalent parts are indicated with the same reference numerals as in Fig. 1, but increased by 100.

Volgens fig. 2 is een staafvormige gasinjecteur 101 voorzien van een dubbele rij brandstof-inspuitmondstukken 106. De mondstukken 106 worden gevoed vanuit een in de staaf 101 aanwezige kamer 107, waarbij, teneinde alle mondstukken 106 zoveel mogelijk gelijk te kunnen voeden, de kamer 107 halverwege is voorzien van een schot 13 en gas van twee zijden wordt toegevoerd (zie pijlen G).According to Fig. 2, a rod-shaped gas injector 101 is provided with a double row of fuel injection nozzles 106. The nozzles 106 are fed from a chamber 107 present in the rod 101, wherein, in order to be able to supply all nozzles 106 as equal as possible, the chamber 107 halfway is fitted with a baffle 13 and gas is supplied from two sides (see arrows G).

Boven de gas-inspuitmondstukken 106 zijn twee mengkamers 108 begrensd door een gesloten metalen geleidingsplaat 102 en een gaaskap 103. De werking van de staafbrander volgens fig. 2 is vergelijkbaar met die van de koepelbrander volgens fig. 1.Above the gas injection nozzles 106, two mixing chambers 108 are bounded by a closed metal guide plate 102 and a mesh cap 103. The operation of the rod burner of Figure 2 is comparable to that of the dome burner of Figure 1.

Claims

Atmospheric mesh burner, provided with a gas / air mixing chamber (8, 108) disposed above a row of fuel injection nozzles (6, 106) bounded on one side by a closed guide wall element (2, 102) and on the other side the top through a wall (3, 103) of heat-resistant mesh.

Burner according to claim 1, characterized in that the mesh has a relatively high net transmission percentage, depending on the type of gas, of the order of 27 mesh.

Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the burner is domed and is provided with a base ring (1) which is designed as a substantially circular gas injector, above which a mixing chamber (8) is bounded by the radial interior has a closed dome (2) and on the outside a mesh dome (3) placed concentrically around it.

Burner according to claim 3, characterized in that the mesh dome (3) is composed of a vertical cylindrical wall part (3a) and an end wall part (3c) connecting thereto via a rounded transition (3b), the height of the cylindrical part (3a) is of the same order of magnitude as the diameter of the mesh dome (3).

Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the circular gas injector is constructed with a series of fuel injection nozzles (6), which are evenly distributed over the base ring (1), and which consist of a chamber (located in the base ring). 7) are fed.

Burner according to claim 5, characterized by two concentric rings (9, 9 ') which define above the fuel injection nozzles (6) an annular gap (10) through which the gas is passed into the mixing chamber (8).

Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the dome burner at the bottom of the mesh dome (3) is provided with an anti-flame flap screen (11, 12).

Burner according to claim 7, characterized in that the screen is in the form of a ring extending downwards from the bottom of the mesh dome laterally around the base ring.

Burner according to claim 7, characterized in that the screen is designed as a mesh wall (12) which extends laterally from the underside of the mesh dome.

Mesh burner according to claim 1 or 2, characterized in that it is in the form of a line burner, comprising an elongated burner tube (101) with two parallel series of fuel injection nozzles (106), the closed guide wall element being formed as one between the nozzle series erected upright wall (102) and the assembly is surrounded by a rectangular mesh cage (108).