DE2324493A1

DE2324493A1 - GAS BURNER

Info

Publication number: DE2324493A1
Application number: DE19732324493
Authority: DE
Inventors: Guy Baudelet
Original assignee: Controle Bailey SA
Current assignee: Controle Bailey SA
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-05-15
Publication date: 1973-12-20
Also published as: FR2188795A5

Description

Ein klassisches Mittel, welches die vollständige Verbrennung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs gewährleistet (Methan, Propan, usw.) besteht darin, eine Flamme mit Frischluftzufuhr zu verwenden, wie es beispielsweise beim Bunsen-Brenner der Fall ist. In einem solchen Brenner kommt das brennbare Gas mit einem verhältnismäßig hohen Druck in einem Mittelrohr an und saugt durch Induktion eine bestimmte Menge Luft an, die sogenannte Primärluft, mit welcher eine Vermischung eintritt, die jedoch nur einen Seil der dnsgesamt zur Erreichung einer vollständigen Verbrennung notwendigen Luft darstellt, welche dadurch gewährleistet ist, daß am Ausgang des Brenners weiterhin die sogenannte Sekundärluft hinzutritt. In Ermangelung dieser Primärluft erfolgt die Verbrennung des Kohlenwasserstoffs nämlich mit einer rußenden Flamme, und es bilden sich Verbrennungsrückstände.A classic means that ensures the complete combustion of a gaseous hydrocarbon (methane, Propane, etc.) consists in using a flame with fresh air supply, as is the case with the Bunsen burner for example Case is. In such a burner, the combustible gas arrives at a relatively high pressure in a central tube and draws in a certain amount of air through induction, the so-called primary air, with which a mixture occurs, However, which is only one rope of the total to achieve a Complete combustion represents necessary air, which is ensured that at the exit of the burner continues the so-called secondary air is added. In the absence of this primary air, the combustion of the hydrocarbon takes place with a sooty flame and it is formed Combustion residues.

Der erforderliche Anteil an Primärluft ändert sich jedoch mit der Zusammensetzung des Gases und seinem Kohlenstoffgehalt:However, the required proportion of primary air changes with the composition of the gas and its carbon content:

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Im Extremfall des Wasserstoffes ist es erforderlich, die Eintritt soffnung für die Primärluft auf ein sehr geringes Maß einzustellen, um zu verhindern, daß die Flamme zurückschlägt, da einerseits die Wasserstoffkonzentration in der erforderlichen Luft zur Erreichung einer nicht entflammbaren Mischung sehr gering ist und da andererseits die Entzündungsgeschwindigkeit dieser Mischung sehr hoch ist«In the extreme case of hydrogen it is necessary to prevent the entry opening for the primary air to a very low level set to prevent the flame from flashing back, since on the one hand the hydrogen concentration in the required Air to achieve a non-flammable mixture is very low and on the other hand the rate of ignition this mixture is very high "

Im Falle der Verwendung von Butan hingegen muß die entsprechende Öffnung erheblich vergrößert werden, denn der erforderliche Primärluftanteil ist.wesentlich höher.In the case of using butane, however, the corresponding opening must be enlarged considerably, because the required The proportion of primary air is significantly higher.

Somit ist es erforderlich, wenn die Gaszusammensetzung schwankt, die Eintrittsöffnung für die Primärluft fortwährend zu verändern, um eine stabile Flamme und eine vollständige Verbrennung zu erreichen. Diese Lösung ist offensichtlich für einen Brenner unmöglich, der durch ein Gas gespeist werden muß, dessen Zusammensetzung in unvorhersehbarer Weise schnell und häufig schwankt. * ■ "It is therefore necessary, if the gas composition fluctuates, to continuously change the inlet opening for the primary air, to achieve a stable flame and complete combustion. This solution is obvious for a burner impossible to be fed by a gas whose composition is unpredictable quickly and frequently fluctuates. * ■ "

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Brenner ,zu schaffen, der in einfacher Weise und ohne Eegelung eine vollständige und stabile Verbrennung e^ines Gases von zeitlich stark veränderlicher Zusammensetzung ermöglicht, wobei die Gaszusammensetzung beispielsweise von reinem Wasserstoff bis zu gasförmigen Kohlenwasserstoffen schwanken kann, deren Molekül wenigstens 4- Kohlenstoffatome aufweist (Butan). 'The object of the invention is to provide a burner create a complete and stable combustion of a gas from time to time in a simple manner and without adjustment allows highly variable composition, the gas composition, for example, from pure hydrogen to to gaseous hydrocarbons, the molecule of which has at least 4 carbon atoms (butane). '

Es ist bekannt, daß die Hauptursache für eine unvollständige Verbrennung dieser Gase ohne ausreichende vorherige Mischung mit Primärluft vom sogenannten Kracken herrührt, welches dannIt is known to be the main cause of incomplete Combustion of these gases without sufficient prior mixing with primary air comes from what is known as cracking, which then

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15- 5· 1973 ^ölatt 3 Dipl.-Ing. G. Schliebs ^15-5 1973 Ölatt 3 Dipl.-Ing. G. Schliebs

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auftritt, wenn das Gas in die IPlammenmitte gelangt. Die Verbrennung wird nämlich auf den Umfang dieser Flamme lokalisiert; daraus entsteht eine Strahlung, welche aus der Umfangszone in der Flammenachse zusammentrifft, wobei dort das Verbrennungsgas stark aufgeheizt wird, welches vor der Verbrennung krackt. Es entsteht somit in dieser Zone einerseits der Wasserstoff, welcher leicht brennt, und andererseits Partikeln von Kohlenstoff und schweren Kohlenwasserstoffen, von denen ein Teil aus der Verbrennung entweicht. Man erhält dabei eine Verbrennung, die sich als Verbrennung unter Rußbildung bezeichnen läßt.occurs when the gas reaches the center of the flame. the In fact, combustion is localized to the periphery of this flame; from this a radiation arises, which from the Circumferential zone meets in the flame axis, where the combustion gas is strongly heated there, which is before the Combustion cracks. Thus, on the one hand, hydrogen, which burns easily, and on the other hand, is produced in this zone Particles of carbon and heavy hydrocarbons, some of which escape from combustion. You get thereby a combustion that can be described as combustion with soot formation.

Wenn es hingegen gelingt, das Gas in die Verbrennungszone zu bringen, ohne daß es zuvor aufgeheizt wird, so ist zu beobachten, daß mit dem Sauerstoff instabile Verbindungen in Form von Oxiden entstehen, und .zwar vom Typ Formaldehyd, die ihrerseits beim Verbrennen keine festen Teilchen entstehen lassen. Diese Art der Verbrennung läßt sich als Verbrennung unter Aldehydbildung bezeichnen.If, on the other hand, it is possible to bring the gas into the combustion zone without it being heated beforehand, it can be observed that that unstable compounds in the form of oxides arise with the oxygen, and indeed of the formaldehyde type, which in turn do not allow solid particles to form when burned. This type of combustion can be called combustion Designate aldehyde formation.

Aus Laborversuchen ist seit langem die sogenannte inverse Verbrennung bekannt, welche darin besteht, einen Luftstrom in einer Kammer "brennen" zu lassen, wo eine Strömung von brennbarem Gas vorhanden ist. In einer solchen inversen Verbrennung ist festzustellen, daß die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, und zwar von einfachen Kohlenwasserstoffen oder von Gemischen, stets mit blauer Flamme erfolgt, wodurch angezeigt wird, daß die Verbrennung vollständig erfolgt, mit der einzigen Einschränkung, daß die Gesamtluft einen höheren Durchfluß aufweist als es dem stöchiometrisehen Verhältnis entspricht.The so-called inverse combustion, which consists of a stream of air, has long been known from laboratory tests to "burn" in a chamber where there is a flow of combustible gas. In such an inverse combustion it should be noted that the combustion of hydrocarbons, either simple hydrocarbons or Mixing, always done with a blue flame, which indicates that the combustion is complete, with the only one Restriction that the total air has a higher flow rate than the stoichiometric ratio corresponds.

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Dies rührt von der Tatsacke her, daß diejenige Strahlung, welche in der Mitte der Flamme zusammentrifft, und zwar in der Flammenachse, die dort ankommende Luft aufheizt, und zwar offensichtlich, ohne ein Kracken, das dazu führt, daß das von außen in der Flamme ankommende Gas nicht wesentlich aufgeheizt wird und nicht krackt. Auf diese Weise erreicht man eine Verbrennung unter Aldehydbildung.This is due to the fact that the radiation which meets in the middle of the flame, namely in the axis of the flame, which heats the incoming air, obviously without a crack that leads to that the gas entering the flame from outside is not heated up significantly and does not crack. Achieved this way one burns with aldehyde formation.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Gaseintrittskanal vorgesehen ist, dessen Wand radiale Öffnungen aufweist, durch welche die Luft eintritt, durch welche die sogenannte "inverse" Verbrennung der Luft im Gas ermöglicht wird.According to the invention the object is achieved in that a gas inlet channel is provided, the wall of which is radial Has openings through which the air enters, through which the so-called "inverse" combustion of the air in the gas is made possible.

Es sind zahlreiche Ausführungsformen denkbar, indem die Luft entweder angesaugt oder eingeblasen werden kann. Die Erfahrung zeigt, daß ein erfindungsgemäßer Brenner in höchst zufriedenstellender Weise dazu geeignet ist, unter Überwindung der oben genannten Schwierigkeiten die gestellte Aufgabe zu lösen.Numerous embodiments are conceivable in which the air can either be sucked in or blown in. The experience shows that a burner according to the invention is highly satisfactory Way is suitable to solve the problem set by overcoming the difficulties mentioned above.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: .The invention is described for example with reference to the drawing; in this shows:.

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Gasbrenners (erstes Ausführungsbeispiel, mit Luftanblasen),Fig. 1 is an axial section of a gas burner according to the invention (first embodiment, with air blowing),

Fig. 2 eine Ansicht analog zu derjenigen gemäß Fig. 1, jedoch für eine abgewandelte Ausführungsform (zweites Ausführungsbeispiel, mit Luftanblasen) undFIG. 2 shows a view analogous to that according to FIG. 1, but for a modified embodiment (second embodiment, with air blowing) and

Fig. 3 eine Ansicht analog zu derjenigen der Fig. 2, jedoch ein weiteres Ausführungsbeispiel (drittes Ausführungsbeispiel, mit Luftansaugen). FIG. 3 is a view analogous to that of FIG. 2, however another embodiment (third embodiment, with air suction).

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15. 5· 1975 ^Blart 5 Dipl.-lng. G. Schliebs15. 5 · 1975 ^Blart 5 Dipl.-Ing. G. Schliebs

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Gemäß Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßer Brenner, der beispielsweise aus einer Legierung IHOX 18/8 hergestellt ist, zur Erzeugung einer Temperatur in der Größenordnung von 700 C einen Körper 1 mit zwei rohrförmigen Räumen auf, die eine im allgemeinen zylindrische Symmetrie haben, die koaxial zueinander angeordnet sind, von denen der mittlere mit 1a und der ringförmige mit 1b bezeichnet sind, wobei diese beiden Räume durch eine Zwischenwand 11 und eine Außenwand 12 begrenzt sind, die miteinander auf beliebige bekannte Art (Verschraubung, Verschweißung usw.) befestigt sind. Die Zwischenwand 11 weist einen Boden auf, in welchem eine Lufteintrittsdüse 13 angeordnet ist, an welche ein äußeres Verbindungsrohr angeschlossen ist, und die Außenwand 12 hat eine einfache Lufteinblasöffnung 14 mit einem äußeren Verbindungsrohi*. Die Zwischenwand 11 weist auf ihrem Umfang eine bestimmte Anzahl von radialen öffnungen 11a auf, und zwar auf verschiedenen Höhen (im vorliegenden Beispiel sind es drei) die auf einer bestimmten Höhe jeweils gleichmäßig verteilt sind (beispielsweise vier auf jeder Höhe). Am vorderen Ende des Brenners, an welchem die Flamme entsteht, endet die Zwischenwand 11 auf geringem Abstand von einem abgewinkelten Rand der Außenwand 12 derart, daß eine ringförmige öffnung 11b gebildet ist, durch welche der Raum 1b in das äußere mündet, während der Raum 1a eine große öffnung besitzt.According to FIG. 1, a burner according to the invention, for example is made of an alloy IHOX 18/8 to produce a temperature of the order of 700 C a body 1 with two tubular spaces which have a generally cylindrical symmetry, the are arranged coaxially to each other, of which the middle with 1a and the annular with 1b are designated, wherein these two spaces are delimited by a partition 11 and an outer wall 12, which are connected to any known Type (screwing, welding, etc.) are attached. The partition 11 has a bottom in which an air inlet nozzle 13 is arranged to which an outer connecting pipe is connected, and the outer wall 12 has a simple air injection port 14 with an external connecting tube *. The intermediate wall 11 has a certain number of radial openings 11a on its circumference, specifically at different heights (in this example they are three) that are evenly distributed at a certain level (e.g. four at each level). At the front end of the burner, at which the flame arises, the partition 11 ends at a small distance from one angled edge of the outer wall 12 such that an annular opening 11b is formed through which the space 1b opens into the outside, while the space 1a has a large opening.

Dieser Brenner arbeitet folgendermaßen:This burner works as follows:

Das Gas tritt aus, indem es den Raum 1a durchströmt. Die eingeblasene Luft, welche austritt, indem sie den Raum 1b durchströmt, teilt sich in zwei Teile, von denen einer, der die Primärluft darstellt, durch die öffnungen 11a in den Raum 1a eintritt und ebenso viele Flammen in spitzer Form aufgrundThe gas emerges by flowing through space 1a. The blown Air which exits by flowing through the space 1b divides into two parts, one of which is the Represents primary air through the openings 11a in the space 1a and just as many flames in a pointed shape due to

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15· 5· 1973 ^ΒίαΗ DipL-lng..G. Sehliebs 15 · 5 · 1973 ^ΒίαΗ DipL-lng..G. Sehliebs

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der "inversen" Verbrennung dieser Luft im Gas erzeugt, und von denen der andere durch die ringförmige Öffnung 11b entweicht und der Flamme F, welche aus dem Brenner austritt, das zusätzliche erforderliche Brennmittel liefert»the "inverse" combustion of this air in the gas is generated, and the other of which escapes through the annular opening 11b and the flame F emerging from the burner, supplies the additional fuel required »

Es ist festzustellen, daß eine derartige Verbrennung stattfindet, daß keine Festistoffe entstehen, die eine völlig stabile Form aufweisen, und zwar ohne Bücksicht auf die Veränderungen in der Zusammensetzung oder im Druck des verwendeten Gases. Die äußere Flamme wird nämlich niemals rußend und behält eine schöne blaue Flamme (bei Wasserstoff kaum, sichtbar), welche als Anzeichen einer vollständigen Verbrennung dient. Mit-der Zusammensetzung des verwendeten Gases ändert sich ausschließlich die Höhe der Ebene, auf welcher die Flamme im Inneren des Saumes 1a beginnt, und auch die Veränderung der Länge der spitzen Flammen mit der Höhe, wobei sich dieser Umstand jedoch auf die Qualität der äußeren Flamme nicht auswirkt, was erneut anzeigt, daß die Verbrennung sehr vollständig ist*It should be noted that combustion takes place in such a way that no solids are formed, which is a complete one stable form regardless of changes in composition or pressure of the used gas. The outer flame never becomes sooty and retains a beautiful blue flame (with hydrogen hardly visible), which serves as a sign of a complete burn. With-the composition of the used Gas changes only the height of the plane on which the flame begins inside the seam 1a, and also the change of the length of the pointed flames with the height, whereby this circumstance however affects the quality of the external flame does not affect, which again indicates that the combustion is very complete *

In der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, welche sich von der vorhergehenden (Fig. 1) nur dadurch unterscheidet, daß die Zwischenwand 11' eine im allgemeinen kegel stumpf förmige Form aufweist und daß die radialen öffnungen 11'a mit der Entfernung der öffnung von der Düse 13 einen wachsenden Durchmesser haben. Ein solcher Brenner liefert eine verbesserte Stabilität der äußeren Flamme, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Höhe des Flammenbeginns im Inneren des Raumes 1a sich wesentlich weniger ändert als im vorhergehenden Fall, und zwar wesentlich weniger von der Zusammensetzung des verwendeten Gases abhängig ist.In Fig. 2, a second embodiment is shown, which differs from the previous one (Fig. 1) only in this way distinguishes that the partition 11 'is a general one has a truncated cone shape and that the radial openings 11'a with the distance of the opening from the nozzle 13 have a growing diameter. Such a burner provides an improved stability of the outer flame, due to the fact that the height of the start of the flame in the interior of the space 1a is much less changes than in the previous case, much less dependent on the composition of the gas used is.

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15· 5. 1973 Bioh 7 Dipl.-Ing. G. Schiiebs15 · May 1973 Bioh 7 Dipl.-Ing. G. Schiiebs

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In einer dritten Ausführungsform wird die Luft nicht eingeblasen, sondern eingesaugt, und zwar durch eine entsprechende Induktion oder einen entsprechenden Zug. Die Fig. 3 zeigt eine solche Ausführungsform. Der Brenner weist einen einzigen rohrförmigen Körper 1 auf, der in beliebiger Weise ausgebildet sein kann, nämlich konisch, zylindrisch oder zylindrisch-konisch. Das Gas gelangt über ein äußeres Verbindungsrohr durch eine Düse 13 in den Innenraum. Eine bestimmte Anzahl von radialen öffnungen 11, die auf verschiedenen Höhen angeordnet sind,, setzen den Innenraum mit der Umgebungsluft in Verbindung. Der Ausgang des Raumes 1a ist mit einem Vorraum in Verbindung, der in einer üblichen Weise auf Unterdruck gehalten ist. Dieser Brenner arbeitet folgendermaßen: Dasjenige Gas, welches aus der Düse 13 austritt, saugt einen bestimmten Teil Primärluft durch die öffnungen 11, die der Düse am nächsten liegen.In a third embodiment, the air is not blown in, but sucked in, through a corresponding one Induction or a corresponding train. Fig. 3 shows such an embodiment. The burner has a single tubular body 1, which can be designed in any way, namely conical, cylindrical or cylindrical-conical. The gas enters the interior via an external connecting pipe through a nozzle 13. A certain number of radial openings 11, which are arranged at different heights, expose the interior to the ambient air in connection. The exit of the room 1a is in communication with an anteroom, which is in a usual manner on negative pressure is held. This burner works as follows: The gas that emerges from the nozzle 13 sucks you in certain part of the primary air through the openings 11, which the Closest to the nozzle.

Mit fortschreitender Höhe nimmt dieser Anteil an Luft zu, und zwar solange, bis die Mischung entflammt, wobei die Luft im Gas "verbrennt". Die Entzündungshöhe hängt vom Gas, von der Verbrennungsgeschwindigkeit und von dem minimalen Luftanteil ab, welcher die Verbrennung unterhält.With increasing altitude, this proportion of air increases, until the mixture ignites, with the air "burns" in the gas. The ignition level depends on the gas, the rate of combustion and the minimum amount of air who maintains the incineration.

In den folgenden Höhen verbrennt die durch den Zugeffekt angesaugte Luft weiterhin unter Aldehydbildung und erreicht die vollständige Verbrennung des Gases ohne Rückstände, und zwar ohne feste und ohne gasförmige Rückstände.In the following heights it burns due to the pulling effect sucked in air continues to form aldehydes and achieves complete combustion of the gas without residues, without solid and without gaseous residues.

PatentansprücheClaims

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Claims

15 · 5 · 1973 BbK 8 Dipl.-Ing. G. Schliebs

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Claims

^ Gas burner for burning gases with time-adjustable Properties, characterized in that a gas inlet channel (1a) is provided, the wall of which (11) has radial openings (11a) through which the Air enters through which the so-called "inverse" combustion of the air in the gas is made possible.

2. Gas burner according to claim 1, characterized in 'draw t that the gas inlet channel (1a) is surrounded by an annular, pressurized channel (1b) which the pressurized inlet air partly enters the gas inlet channel (1a), whereby flame tips arise, and partly from this ring-shaped Channel (1b) exits to reach the combustion.

3 · Gas burner according to claim 2, characterized in e i c h -

Gas-
net that the wall of the / inlet channel (1a) has a cylindrical shape and that the radial openings (11a) have a constant diameter regardless of their distance from the gas inlet opening (13) in the burner.

4. Gas burner according to claim 2, characterized marked eichn e t that the wall of the gas inlet channel (11 ') as a whole Is frustoconical and that the radial openings (11'a) with increasing distance from the gas inlet opening (13) in the burner have an increasing diameter.

5 gas burner according to claim 1, characterized in that that the gas inlet channel (1a) is in ambient air, which is sucked in by induction and by negative pressure is, under the influence of a negative pressure, which is generated at the output of the burner.

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