CH682765A5

CH682765A5 - Burner with toroidal, cyclonic gas guide.

Info

Publication number: CH682765A5
Application number: CH209192A
Authority: CH
Inventors: Edwin Tosch; Rudolf Mueller
Original assignee: Rudolf Mueller
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 1993-11-15
Also published as: DE4319775A1

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner mit torusfömiger, zyklonischer Gasführung, bestehend aus einem, mit einem Gebläse in Verbindung stehenden, äusseren Rohr mit einer senkrecht zu dessen Längsrichtung verlaufenden, ringförmigen Trennwand und einem in Strömungsrichtung der primären Zufuhrluft vor der Trennwand gelegenen, zentrisch im äusseren Rohr gelagerten Brennerkopf mit diversen Zufuhröffnungen, in dem mindestens eine Brennerdüse und eine Zündelektrode angeordnet sind. The present invention relates to a burner with a toroidal, cyclonic gas guide, consisting of an outer tube connected to a blower with an annular partition wall running perpendicular to its longitudinal direction and one in the flow direction of the primary supply air in front of the partition wall, centrally in the outside Pipe-mounted burner head with various feed openings, in which at least one burner nozzle and one ignition electrode are arranged.

Ein Brenner, der eingangs genannten Art, ist aus der US-A 5 085 577 bekannt. Der in diesem Patent beschriebene Brenner, beziehungsweise Brennerkopf ist eine Low-NOx-Ausführung. Diese Brenner haben sich prinzipiell bewährt. Wie die Betriebserfahrungen gezeigt hat, sind die Brennerkammer der verschiedenen Kesselhersteller stets von unterschiedlicher Geometrie. Die Rauchgasanalysewerte haben gezeigt, dass die Geometrie der Brennerkammer der verschiedenen Kesseltypen zu stark variierenden Werte führt, die bei manchen Kesseltypen sogar unbefriedigend sein können. Die Geometrie der Brennerkammer beeinflusst den Verlauf der rezirkulierenden Rauchgase und damit auch das Flammenbild. Der Verlauf der rezirkulierenden Rauchgase, wirkt sich auch auf das Streubild der Zerstäuberdüse aus, wodurch beispielsweise die Öltröpfchen teilweise zu stark gestreut werden, unvollständig verbrennen und somit zu einem erhöhten CO-Wert führen. A burner of the type mentioned at the outset is known from US Pat. No. 5,085,577. The burner or burner head described in this patent is a low NOx version. These burners have proven themselves in principle. As the operating experience has shown, the burner chambers of the various boiler manufacturers are always of different geometries. The flue gas analysis values have shown that the geometry of the burner chamber of the different types of boilers leads to widely varying values, which can even be unsatisfactory for some types of boilers. The geometry of the burner chamber influences the course of the recirculating flue gases and thus also the flame pattern. The course of the recirculating flue gases also has an effect on the scatter pattern of the atomizer nozzle, which means that, for example, the oil droplets are partly scattered too much, burn incompletely and thus lead to an increased CO value.

Die Geometrie der Brennerkammer beeinflusst wesentlich die Rezirkuiierung der heissen Brenngase. Ist diese Rezirkulationsströmung gering, so erwärmt sich die ringförmige Trennwand im äusserem Rohr ungenügend, so dass sich Russ- oder Koksablagerung bilden. The geometry of the burner chamber significantly influences the recirculation of the hot fuel gases. If this recirculation flow is low, the annular partition wall in the outer tube heats up insufficiently, so that soot or coke deposits form.

Es ist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner, der eingangs genannten Art, derart zu verbessern, dass die Rezirkulation der Verbrennungsgase in erheblich geringerem Masse von der Geometrie der Brennerkammer abhängig ist. It is therefore the object of the present invention to improve a burner of the type mentioned at the outset in such a way that the recirculation of the combustion gases depends to a considerably lesser extent on the geometry of the burner chamber.

Diese Aufgabe löst ein Brenner der eingangs genannten Art dadurch, dass in Strömungsrichtung der primären Zufuhrluft nach der ringförmigen Trennwand, unter Freilassung eines Ringspaltes ein konusförmiger Leitring vorgesehen ist, der mit seiner kleineren Öffnungfläche zur Trennwand gerichtet ist, und mindestens teilweise innerhalb des äusseren Rohres zentrisch in diesem liegt. Hierdurch lässt sich eine exakte Trennung der aus der Zerstäuberdüse austretenden Öltropfen beziehungsweise der Brennerflamme und der rezirkulierenden Verbrennungsgase herbeiführen. Die optimale Verbrennungswerte lassen sich nun jeder Brennerkammergeometrie anpassen, in dem man das äussere Rohr verlängert oder verkürzt, beziehungsweise den Leitring in bezug auf das äussere Rohr in seiner Lage verändert. Die verschiedenen, optimalen Einstellungen lassen sich für die verschiedenen Fabrikate der Kesselhersteller bestimmen. A burner of the type mentioned at the outset solves this problem by providing a conical guide ring in the direction of flow of the primary supply air after the annular partition, leaving an annular gap free, which is directed towards the partition with its smaller opening area, and at least partially centrally within the outer tube lies in this. In this way, an exact separation of the oil drops emerging from the atomizer nozzle or the burner flame and the recirculating combustion gases can be brought about. The optimal combustion values can now be adapted to any burner chamber geometry by lengthening or shortening the outer tube or by changing the position of the guide ring in relation to the outer tube. The various, optimal settings can be determined for the various brands of boiler manufacturers.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt: A preferred exemplary embodiment is explained in the following description with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig. 1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäs-sen Brenners und 1 is an overall view of the burner according to the invention and

Fig. 2 ein Detail des Brenners nach Fig. 1 in grösserem Massstab dargestellt, sowie Fig. 2 shows a detail of the burner of FIG. 1 on a larger scale, as well

Fig. 3 eine Variante mit gewölbter Wandung eines Leitringes Fig. 3 shows a variant with a curved wall of a guide ring

Fig. 4 in der Ansicht von der Brennerkammer und im Längsschnitt. Fig. 4 in the view of the burner chamber and in longitudinal section.

Im konventionellen Brennergehäuse 11 ist ein herkömmliches Brennergebläse, sowie eine Dosierpumpe für das Heizöl untergebracht. Über ein Brennerrohr, hier das äussere Rohr 10, gelangt die sekundäre Luft B in die Brennerkammer des Heizkessels 12. Die Verbindung erfolgt mittels eines Flansches 13. Über eine Zuleitung 15 wird das Heizöl von der Förderpumpe im Brennergehäuse 11 zur Düse 8 gefördert. Die Brennerdüse 8 ist in einem Brennerkopf 5 untergebracht. Der Brennerkopf 5 lagert zentrisch im äusseren Rohr 10. Der Brennerkopf 5 ist an der zum Brennergehäuse 11 hin gerichteten Seite geschlossen. Innerhalb des Brennerkopfes 5 ist eine Stauscheibe 17 angeordnet. Diese hat einerseits eine zentrische Blende, durch welche das zerstäubte Heizöl hindurchtritt und andererseits eine Vielzahl verschiedener Luftströmungsschlitze, durch die ein Teil der Primärluft 14 hindurchströmt. Der Hauptstrom der Primärluft 14 umströmt jedoch den Brennerkopf 5, welcher vor der Stauscheibe 17 endet. So gelangt die Luft in einer turbulenten Strömung durch den Spalt zwischen dem Brennerkopf 16 und der ringförmigen Trennwand 9 und vermischt sich mit dem entzündeten Zerstäubungsstrahl und führt so die erforderliche Menge Sauerstoff der Flamme zu. Zwischen dem Brennerkopf 16 und dem äusseren Rohr 10 können verschiedene Strömungslamellen 18 vorgesehen sein. Die bisher beschriebene Vorrichtung entspricht dem Brennerkopf entsprechend dem amerikanischen Patent Nr. 5 085 577. A conventional burner fan and a metering pump for the heating oil are accommodated in the conventional burner housing 11. The secondary air B enters the burner chamber of the boiler 12 via a burner tube, here the outer tube 10. The connection is made by means of a flange 13. The heating oil is conveyed from the feed pump in the burner housing 11 to the nozzle 8 via a feed line 15. The burner nozzle 8 is accommodated in a burner head 5. The burner head 5 is centered in the outer tube 10. The burner head 5 is closed on the side facing the burner housing 11. A baffle plate 17 is arranged within the burner head 5. This has, on the one hand, a central aperture through which the atomized heating oil passes and, on the other hand, a large number of different air flow slots through which part of the primary air 14 flows. The main stream of primary air 14, however, flows around the burner head 5, which ends in front of the baffle plate 17. The air thus flows in a turbulent flow through the gap between the burner head 16 and the annular partition 9 and mixes with the ignited atomizing jet and thus supplies the flame with the required amount of oxygen. Various flow fins 18 can be provided between the burner head 16 and the outer tube 10. The device described so far corresponds to the burner head according to American Patent No. 5,085,577.

Der über die ringförmige Trennwand 9 hinausragende Teil des äusseren Rohres 10 beinhaltet den erfindungsgemässen Leitring 1. Dieser Leitring 1 ist konisch gestaltet und zentrisch im äusseren Rohr 10 gehalten. Die kleinere Grundfläche des konischen Leitringes 1 ist zur Düse 8 hin gerichtet. Die grössere Grundfläche des konischen Leitringes 1 weist zur Brennkammer des Heizkessels 12. Der Leitring 1 ist in der dargestellten Ausführung mittels Stege 2 distanziert an der ringförmigen Trennwand 9 gehalten. Die distanzierte Halterung des Leitringes 1 garantiert, dass die rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 durch den ringförmigen Spalt zwischen der Trennwand 9 und dem Leitring 1 in den inneren Bereich des Leitringes 1 einströmen können. Damit die Strömung, der vom Brennerkopf 5 kommenden Mischung von Primärluft und Öltröpfchen vom Leitring nicht gestört werden, sollte der Durchmesser der kleineren Öffnungsfläche des konischen Ringes 1 mindestens gleich gross, wie die Weite der Öffnung der ringförmigen Trennwand 9 sein. Der Durchmesser der grösseren Öffnungsflä5 The part of the outer tube 10 protruding beyond the annular partition 9 contains the guide ring 1 according to the invention. This guide ring 1 is conical and is held centrally in the outer tube 10. The smaller base area of the conical guide ring 1 is directed towards the nozzle 8. The larger base area of the conical guide ring 1 faces the combustion chamber of the boiler 12. In the embodiment shown, the guide ring 1 is held on the annular partition 9 at a distance by means of webs 2. The spaced mounting of the guide ring 1 guarantees that the recirculating combustion gases 4 can flow into the inner region of the guide ring 1 through the annular gap between the partition 9 and the guide ring 1. So that the flow of the mixture of primary air and oil droplets coming from the burner head 5 is not disturbed by the guide ring, the diameter of the smaller opening area of the conical ring 1 should be at least as large as the width of the opening of the annular partition 9. The diameter of the larger opening area

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che des konischen Leitringes 1 ist kleiner als der Durchmesser des äusseren Rohres. Dies ist nicht zwingend, weil der Leitring 1 nicht vollständig innerhalb des äusseren Rohres 10 zu liegen hat. In den meisten Fällen wird man jedoch den konischen Leitring 1 vollständig innerhalb des äusseren Rohres 10 anordnen. Auch die Verbindung des Leitringes 1 über Stege 2 in der ringförmigen Trennwand 9 ist nicht unbedingt erforderlich. Insbesondere wenn der Leitring 1 relativ gross und nicht vollständig innerhalb des äusseren Rohres 10 angeordnet ist, kann die Verbindung des konischen Leitringes 1 auch über Stege 2 mit dem äusserem Rohr 10 erfolgen. Ein strömungstechnisch günstiges Verhalten stellt sich dann ein, wenn die minimale ringfömige Spaltfläche zwischen dem konischen Leitring 1 und dem äusseren Rohr 10 grösser ist, als die ringförmige Spaltfläche zwischen dem konischen Leitring 1 und der ringförmigen Trennwand 9. Ebenfalls strömungstechnisch bedingt, ist es vorteilhaft den Öffnungswinkel des konischen Leitringes 1 mindestens dem Öffnungswinkel des Flammenstrahles in diesem Bereich entsprechend zu gestalten. Besonders vorteilhaft ist es ferner, den konischen Leitring 1 auf der Innenseite des kleinen Durchmessers mit einer Abrisskante 6 zu versehen. Hierdurch werden die rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 entlang der Innenfläche des konischen Leitringes 1 in eine turbulente Strömung gebracht, die eine besonders stabilisierte Flamme ergibt. che of the conical guide ring 1 is smaller than the diameter of the outer tube. This is not mandatory because the guide ring 1 does not have to lie completely inside the outer tube 10. In most cases, however, the conical guide ring 1 will be arranged entirely within the outer tube 10. The connection of the guide ring 1 via webs 2 in the annular partition 9 is not absolutely necessary. In particular, if the guide ring 1 is relatively large and not completely arranged within the outer tube 10, the conical guide ring 1 can also be connected to the outer tube 10 via webs 2. Fluidically favorable behavior occurs when the minimum annular gap area between the conical guide ring 1 and the outer tube 10 is larger than the annular gap area between the conical guide ring 1 and the annular partition 9. Also due to the flow technology, it is advantageous To make the opening angle of the conical guide ring 1 at least corresponding to the opening angle of the flame beam in this area. It is also particularly advantageous to provide the conical guide ring 1 with a tear-off edge 6 on the inside of the small diameter. As a result, the recirculating combustion gases 4 are brought into a turbulent flow along the inner surface of the conical guide ring 1, which results in a particularly stabilized flame.

Die Wirkung eines Brenners mit dem erfindungs-gemässen konischen Leitring 1 ist ausserordentlich vielfältig und erstaunlich. Primär führt der konische Leitring 1 zu einem stabileren Flammbild der Flamme 3 und einer gleichmässigeren Rückführung der rezirkulierenden Verbrennungsgase 4. Die früher oftmals auftretende Vermischung wird fast vollständig unterbunden. Der Anteil der Öltröpfchen, die die Tendenz haben aus der Flamme auszutreten, ist erheblich reduziert. Diese führten bisher oftmals zu einer unvollständigen Verbrennung und damit zu einem Anstieg des CO-Gehaltes. Der konische Leitring 1, der vorzugsweise als Metall gefertigt ist, stellt sich auf eine Temperatur von zirka 400-600 Grad Celsius ein, so dass die wenigen aus dem Strahl austretenden Öltröpfchen, die auf den Leitring 1 auftreffen, vergast werden und diese Gase durch die turbulente Strömung in den Flammenbereich geführt werden, so dass die Verbrennung annähernd ohne CO-Gehalt erfolgt. The effect of a burner with the conical guide ring 1 according to the invention is extremely diverse and astonishing. Primarily, the conical guide ring 1 leads to a more stable flame pattern of the flame 3 and a more uniform return of the recirculating combustion gases 4. The mixing that often occurs earlier is almost completely prevented. The proportion of oil droplets that have a tendency to escape from the flame is considerably reduced. So far, this has often led to incomplete combustion and thus to an increase in the CO content. The conical guide ring 1, which is preferably made of metal, adjusts itself to a temperature of about 400-600 degrees Celsius, so that the few oil droplets emerging from the jet that hit the guide ring 1 are gasified and these gases are gasified by the turbulent flow into the flame area so that the combustion takes place almost without CO content.

Der konische Leitring 1 führt die heissen, rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 auch bis an die ringförmige Trennwand 9 und vermeidet so, dass hier eine Russ- oder Koksablagerung stattfindet. The conical guide ring 1 also guides the hot, recirculating combustion gases 4 to the annular partition 9 and thus prevents soot or coke deposits from occurring here.

Die Stabilisierung der Flamme 3 durch den konischen Leitring 1 vermindert auch die Tendenz, dass Schwingungen in der Brennkammer des Kessels auftreten. Damit wird auch die Lärmentwicklung reduziert. The stabilization of the flame 3 by the conical guide ring 1 also reduces the tendency for vibrations to occur in the combustion chamber of the boiler. This also reduces noise.

Die rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 lassen sich durch den konischen Leitring 1 so beeinflussen, dass dieser die optimale Temperatur erreicht, die einen möglichst optimalen NOx-Wert garantieren. Dies lässt sich insbesondere auch beeinflussen, in dem man auf der Innenseite des Leitringes The recirculating combustion gases 4 can be influenced by the conical guide ring 1 so that it reaches the optimal temperature, which guarantees the best possible NOx value. This can be influenced in particular by looking at the inside of the guide ring

1 eine Abrisskante 6 anbringt, die eine entsprechende, turbulente Strömung der Gase verursacht. 1 attaches a tear-off edge 6, which causes a corresponding, turbulent flow of the gases.

Prinzipiell lassen sich, sowohl die Dimensionen des wärmefesten, äusseren Rohres 10, als auch des konischen Leitringes und ferner die relative Anordnung dieser Teile zueinander variieren. Empirisch wird man für jeden Heizkessel die optimale Auslegung feststellen und den Heizungsmonteur entsprechend beliefern, nach den von ihm mitgeteilten Daten. In principle, both the dimensions of the heat-resistant outer tube 10 and the conical guide ring and also the relative arrangement of these parts can be varied. The optimum design for each boiler will be determined empirically and the heating technician will be supplied accordingly, based on the data provided by him.

Erstaunlicherweise hat man zudem festgestellt, dass mit dem so verbesserten Brenner der Anfahr-russstoss stark vermindert werden konnte. Dies konnte nur empirisch festgestellt werden, eine physikalische Erklärung hierfür ist dem Anmelder nicht bekannt, doch wird vermutet, dass die bessere Zerstäubung eine bessere Verbrennung beim Start des Brenners bewirken. Surprisingly, it was also found that the start-up soot impact could be greatly reduced with the improved burner. This could only be determined empirically, a physical explanation for this is not known to the applicant, but it is believed that the better atomization will result in better combustion when the burner is started.

Eine weitere Einflussgrösse neben den geometrischen Bedingungen des konischen Leitringes und des äusseren Rohres 10, besteht noch in der Variation der Grösse des ringförmigen Spaltes zwischen dem konischen Leitring 1 und der ringförmigen Trennwand 9. Another influencing variable, in addition to the geometric conditions of the conical guide ring and the outer tube 10, is the variation in the size of the annular gap between the conical guide ring 1 and the annular partition 9.

Zu den möglichen Änderungen in der Geometrie des Leitringes allein, wird auf die Fig. 3 und 4 hingewiesen. Hier ist die Wandung des konischen Leitringes gegen innen eingewölbt. With regard to the possible changes in the geometry of the guide ring alone, reference is made to FIGS. 3 and 4. Here the wall of the conical guide ring is arched inwards.

Claims

1. Burner with toroidal, cyclonic gas flow, consisting of an outer tube (10) connected to a blower with an annular partition wall (9) running perpendicular to its longitudinal direction, one in the direction of flow of the primary supply air (14) in front of the partition wall (9) located, centrally in the outer tube (10), burner head (5) with various air supply openings, in which at least one burner nozzle (8) and an ignition electrode are arranged, characterized in that in the direction of flow of the primary supply air (14) after the annular Partition (9), leaving an annular gap, a conical guide ring (1) is provided, which is directed towards the partition (9) with its smaller opening area, and is centrally located at least partially within the outer tube (10).

2. Burner according to claim 1, characterized in that the diameter of the smaller opening area of the conical guide ring (1) is at least as large as the width of the opening in the annular partition (9).

3. Burner according to claim 1, characterized in that the diameter of the larger opening area of the conical guide ring (1) is smaller than the diameter of the outer tube (10).

4. Burner according to claim 1, characterized in that the conical guide ring (1) lies completely within the outer tube (10).

5. Burner according to claim 1, characterized in that the conical guide ring (1) consists of metal.

6. Burner according to claim 1, characterized

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shows that the conical guide ring (1) is held on the annular partition (9) by means of webs (2).

7. Burner according to claim 1, characterized in that the conical guide ring (1) via webs on the outer tube (10) is attached.

8. Burner according to claim 1, characterized in that the minimum annular gap area between the conical guide ring (1) and the outer tube (10) is larger than the area of the annular gap between the conical guide ring and the annular partition (9).

9. Burner according to claim 1, characterized in that the conical guide ring (1) on the inside of the smaller diameter has a tear-off edge (6) causing a turbulent flow.

10. Burner according to claim 1, characterized in that the conical guide ring (1) is curved towards the inside.

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