FR2500119A1

FR2500119A1 - Burner with recycling of combustion products for boiler - has fuel injection into precombustion chamber with products recycled before entering furnace

Info

Publication number: FR2500119A1
Application number: FR8103238A
Authority: FR
Inventors: Ulrich Rohs; Dieter Voigt; Jurgen Helling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1981-02-13
Publication date: 1982-08-20
Also published as: FR2500119B1

Abstract

The burner has recycling of combustion products. The combustion gas is taken into a precombustion chamber upstream of the diffuser, for recycling, draught induced by the combustion air. A deflector plate (6) closes the combustion chamber. The plate is perpendicular to the diffuser axis (11) held on another partition (12). There is also an opening (14) in the deflector plate for gas escape from the combustion chamber towards the furnace of a boiler (4). The partition (12) has an opening (13), offset from the diffuser to lead recycled gas towards the fuel injector (9).

Description

La présente invention concerne un brûleur avec recyclage des produits de combustion, pour combustibles fluides, dans lequel les gaz de combustion sont ramenés dans la chambre de pré-combustion en amont du diffuseur, pour être recyclés par l'effet d'aspiration induit par l'air de combustion, ce brûleur comportant une ouverture d'amenée d'air située dans l'alignement du diffuseur, mais éloignée de ce diffuseur et comprenant un gicleur pour l'injection des combustible, avec une disposition excentrée par rapport au diffuseur. The present invention relates to a burner with recycling of the products of combustion, for fluid fuels, in which the combustion gases are brought back into the pre-combustion chamber upstream of the diffuser, to be recycled by the suction effect induced by the combustion air, the burner having an air supply opening located in the alignment of the diffuser, but remote from the diffuser and comprising a nozzle for the fuel injection, with an eccentric arrangement with respect to the diffuser.

Un brûleur de ce genre est déjà décrit par la demande de brevet allemand D E-O S 25 07 129. Dans le cas de cet appareil, comme dans d'autres brûleurs avec recyclage des produits de combustion, des gaz de combustion sont aspirés hors de la chambre de combustion et ramenés dans la chambre de pré-combustion située en amont du diffuseur où s'effectue le mélange des gaz.Pour obtenir que le combustible, injecté dans le brûleur, ne vienne d'abord pas en contact directement avec l'air de combustion, mais avec les gaz de combustion recyclés, pour être éventuellement vaporisé et pour se combiner déjà avec le gaz carbonique et la vapeur d'eau à haute température contenus dans les gaz recyclés avant que ne se réalise dans le diffuseur un mélange intime avec l'air de combustion, il est prévu dans les brûleurs connus que le gicleur pour l'injection du combustible est disposé latéralement, c'est-à-dire en position excentrée par rapport à l'ouverture d'amenée d'air, et de telle manière que le jet de combustible soit dirigé, avec un certain angle d'inclinaison par rapport à l'axe du diffuseur, dans la chambre de pré-combustion qui s'étend entre l'ouverture d'arrivée de l'air et l'entrée du diffuseur. A burner of this kind is already described by German patent application D EO S 25 07 129. In the case of this apparatus, as in other burners with recycling of the products of combustion, combustion gases are sucked out of the air. combustion chamber and returned to the pre-combustion chamber located upstream of the diffuser where the gas is mixed. To ensure that the fuel injected into the burner does not come into direct contact with the air. of combustion, but with the recycled combustion gases, to be possibly vaporized and to combine already with the carbon dioxide and the high-temperature water vapor contained in the recycled gases before the diffuser is made an intimate mixture with the combustion air, it is provided in known burners that the nozzle for fuel injection is disposed laterally, that is to say in an eccentric position with respect to the air supply opening, andsuch that the fuel jet is directed at a certain angle of inclination with respect to the axis of the diffuser into the pre-combustion chamber which extends between the air inlet opening and the entrance of the diffuser.

Il s'est avéré que cette réalisation connue pouvait être encore améliorée et, en particulier, que par un dimensionnement et un agencement appropriés des parties constitutives essentielles du brûleur, l'on pouvait obtenir une combustion avec flamme bleue, dans des conditions optimales d'utilisation du combustible. It has been found that this known embodiment can be further improved and, in particular, that by suitable sizing and arrangement of the essential constituent parts of the burner, it is possible to obtain a combustion with blue flame, under optimal conditions of fuel use.

L'invention a pour but de fournir un brûleur avec recyclage des produits de combustion qui, en comparaison avec les brûleurs connus, procure un débit plus élevé de gaz recyclés pour une même chute de pression de l'air arrivant au brûleur, ce qui permet l'obtention d'un meilleur comportement à la mise en route du brûleur, d'une "préparation" plus homogène du combustible et d'une sécurité renforcée vis-à-vis des phénomènes pulsatoires. The object of the invention is to provide a burner with recycle of combustion products which, in comparison with the known burners, provides a higher flow rate of recycled gases for the same pressure drop of the air coming to the burner, which allows obtaining a better behavior at start-up of the burner, a more homogeneous "preparation" of the fuel and a greater security with respect to the pulsating phenomena.

A cet effet, l'invention prévoit essentiellement que, dans ce brûleur, une cloison déflectrice, fermant une chambre de combustion, est disposée sensiblement perpendiculairement à ltaxe du diffuseur tenu par une autre cloison interne transversale, la cloison déflectrice étant située à distance du diffuseur pour assurer le guidage des gaz de combustion destinés à être recyclés, et comportant aussi au moins une ouverture pour la sortie de ces gaz lors de la chambre de combustion, vers un foyer de chaudière ou similaire, tandis que la cloison interne transversale précitée comporte au moins une ouverture décalée par rapport au diffuseur et prévue de manière à amener les gaz recyclés dans la région du gicleur d'injection de combustible. For this purpose, the invention essentially provides that, in this burner, a deflecting partition, closing a combustion chamber, is disposed substantially perpendicularly to the tax of the diffuser held by another transverse internal partition, the deflecting partition being located away from the diffuser for guiding the combustion gases to be recycled, and also having at least one opening for the output of these gases in the combustion chamber, to a boiler furnace or the like, while the aforementioned transverse internal partition comprises at least one opening offset from the diffuser and provided to bring the recycled gases into the region of the fuel injection nozzle.

Grince à cet agencement, concernant en particulier la réalisation de la chambre de combustion du brûleur, l'on obtient que le combustible, au lieu d'être injecté dans un mélange d'air de combustion et de gaz recyclés, est injecté exclusivement dans les gaz recyclés. Ainsi, c'lest seulement après "préparation" complète du combustible que le mélange de combustible et de gaz recyclés parvient dans le courant d'air de combustion. Ceci a pour résultat l'obtention, dans le cas du brûleur selon l'invention, de valeurs d'émission de chaleur particulièrement intéressantes. In this arrangement, concerning in particular the production of the combustion chamber of the burner, it is obtained that the fuel, instead of being injected into a mixture of combustion air and recycled gas, is injected exclusively into the recycled gas. Thus, it is only after complete "preparation" of the fuel that the mixture of recycled fuel and gas reaches the combustion air stream. This results in obtaining, in the case of the burner according to the invention, particularly interesting heat emission values.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de réalisation de ce brûleur. Anyway, the invention will be better understood, and other characteristics will be highlighted, with the aid of the description which follows, with reference to the attached schematic drawing showing, by way of non-limiting examples, some forms of realization of this burner.

Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un brûleur avec recyclage des produits de combustion, conforme à la présente invention;
Figure 2 est une vue partielle, en coupe longitudinale, d'une variante de ce brûleur;
Figure 3 représente, toujours en coupe longitudinale, mi détail d'une autre variante.Figure 1 is a longitudinal sectional view of a burner with recycling of the products of combustion, according to the present invention;
Figure 2 is a partial view, in longitudinal section, of a variant of this burner;
Figure 3 shows, still in longitudinal section, half detail of another variant.

Le brûleur, représenté de manière schématique en coupe longitudinale sur la Figure 1, comprend un corps tubulaire 1 de section circulaire ou ovale, dont une extrémité est introduite dans une fente annulaire délimitée par deux parois concentriques 2 et 3 faisant saillie sur une face du foyer 4 d'une chaudière de chauffage ou similaire. La paroi interne 3 entoure une cloison 6 qui ferme la chambre de combustion 5 du brûleur. Dans le cas de la Figure 1, cette cloison 6 constitue une partie intégrante de la paroi du foyer. La cloison 6 peut aussi être constituée par une pièce rapportée appartenant au brûleur et fixée à ce dernier de façon télescopique ou rigide. Enfin, comme illustré par la Figure 2, cette cloison 6 peut, au lieu d'être plane, posséder une forme concave. The burner, shown schematically in longitudinal section in FIG. 1, comprises a tubular body 1 of circular or oval section, one end of which is introduced into an annular slot delimited by two concentric walls 2 and 3 projecting from one side of the hearth. 4 of a heating boiler or the like. The inner wall 3 surrounds a partition 6 which closes the combustion chamber 5 of the burner. In the case of Figure 1, this partition 6 is an integral part of the fireplace wall. The partition 6 may also be constituted by an insert belonging to the burner and fixed to the latter in a telescopic or rigid manner. Finally, as shown in Figure 2, this partition 6 may, instead of being flat, have a concave shape.

La partie antérieure du corps 1 porte une première cloison interne transversale 7, qui maintient : une buse 8 faisant office d'ouverture pour l'amenée d'air, un gicleur 9 pour l'injection du combustible, et une électrode d'allumage 10. Dans le prolongement de la bise 8, mais avec un certain espacement axial, est disposé un diffuseur 11, dont l'extrémité de sortie est fixée sur une autre cloison interne transversale 12, qui avec une partie du corps 1 et avec la cloison 6 délimite la chambre de combustion 5. Le montage télescopique du brûleur sur la chaudière permet un réglage du volume de la chambre de combustion 5. The front part of the body 1 carries a first transverse internal partition 7, which holds: a nozzle 8 acting as an opening for the supply of air, a nozzle 9 for injecting the fuel, and an ignition electrode 10 In the extension of the bise 8, but with a certain axial spacing, is disposed a diffuser 11, whose output end is fixed on another transverse internal partition 12, which with a part of the body 1 and with the partition 6 defines the combustion chamber 5. The telescopic installation of the burner on the boiler allows an adjustment of the volume of the combustion chamber 5.

La cloison interne 12 comporte au moins une ouverture 13 pour le recyclage des gaz, excentrée et décalée par rapport au diffuseur 11. La cloison 6 comporte au moins une ouverture 14 pour la sortie des gaz hors de la chambre de combustion 5, elle aussi décalée par rapport au diffuseur 11. The internal partition 12 comprises at least one opening 13 for the recycling of gases, eccentric and offset from the diffuser 11. The partition 6 has at least one opening 14 for the gas outlet out of the combustion chamber 5, also offset in relation to the broadcaster 11.

Le gicleur 9 est entouré d'une enveloppe protectrice 15, séparée de ce gicleur par un certain intervalle en direction axiale et radiale. Comme le montre la Figure 3, l'enve- loppe protectrice 15 peut être raccordée à un conduit 18 amenant de l'air dans ledit intervalle. L'axe du gicleur 9 est orienté de manière sensiblement parallèle à celui du corps 1. L'espace situé sur le côté du diffuseur 11, entre le gicleur 9 et la cloison interne 12, ou l'ouverture de recyclage 13,constitue une chambre de "préparation" désignée par le repère 16, pour le carburant injecté. Le volume se trouvant entre la buse 8 et le diffuseur Il constitue la chambre de pré-combustion habituelle 17. The nozzle 9 is surrounded by a protective envelope 15, separated from this nozzle by a certain interval in the axial and radial direction. As shown in FIG. 3, the protective envelope 15 may be connected to a conduit 18 bringing air into said gap. The axis of the nozzle 9 is oriented substantially parallel to that of the body 1. The space on the side of the diffuser 11, between the nozzle 9 and the internal partition 12, or the recycle opening 13 constitutes a chamber of "preparation" designated by reference 16, for the fuel injected. The volume located between the nozzle 8 and the diffuser It constitutes the usual pre-combustion chamber 17.

Le diamètre de sortie de la buse 8 est désigné par d, le diamètre interne du diffuseur Il est désigné par D et la longueur de ce diffuseur est désignée par L. k désigne l'aire de la surface tronconique fictive, dont les extrémités sont, d'une part l'arête circulaire délimitant la sortie de la buse 8 et, d'autre part, l'arête circulaire délimitant l'entrée du diffuseur 11. Enfin, F et f désignent, respectivement, l'aire de la section du diffuseur Il et l'aire de la section de ltouverture de recyclage 13. The outlet diameter of the nozzle 8 is designated d, the internal diameter of the diffuser It is denoted by D and the length of this diffuser is designated L. k denotes the area of the fictitious frustoconical surface, the ends of which are, on the one hand the circular edge delimiting the outlet of the nozzle 8 and, on the other hand, the circular edge delimiting the inlet of the diffuser 11. Finally, F and f denote, respectively, the area of the section of the diffuser II and the area of the recycling opening section 13.

Il s'est avéré que l'on obtient des caractéristiques optimales si le rapport entre la longueur L et le diamètre I > du diffuseur il est égal au moins à i (L : D > , 1). It has been found that optimal characteristics are obtained if the ratio between the length L and the diameter I> of the diffuser is at least equal to i (L: D>, 1).

En outre, il convient que le rapport des diamètres du diffuseur Il et de la buse 8 soit égal au moins a 1,5 (D : d # 1,5). In addition, the ratio of the diameters of the diffuser 11 and the nozzle 8 should be at least 1.5 (D: d # 1.5).

Quant au rapport des aires des sections de l'ouverture de recyclage 13 et du diffuseur 11, il devrait être égal au moins a i (f : F > t 1). As for the ratio of the areas of the sections of the recycle opening 13 and the diffuser 11, it should be at least equal to i (f: F> t 1).

Enfin, l'aire k de la surface tronconique fictive, délimitant la chambre de pré-combustion 17, devrait être égale au moins à une fois et demie l'aire de la section du diffuseur 11, et être de préférence égale au double de l'aire de la section du diffuseur (1,5 F # k # 2 F). Finally, the area k of the fictitious frustoconical surface delimiting the pre-combustion chamber 17 should be equal to at least one and a half times the area of the section of the diffuser 11, and should preferably be equal to twice the area of the diffuser section (1.5 F # k # 2 F).

Contrairement aux brûleurs connus, dans lesquels une combustion complète s'effectue à l'intérieur du diffuseur et/ou dans la chambre de combustion 1le brûleur selon l'in vention possède une chambre de combustion 5 si petite que seule une combustion incomplète peut avoir lieu à l'intérieur du brûleur lui-même, la combustion totale du mélange gazeux ne se faisant que dans le foyer 4 de la chaudière. Les contraintes thermiques, auxquelles sont soumises les diverses parties constitutives du brûleur, sont ainsi diminuées et, par ailleurs, l'on obtient un meilleur transfert de la chaleur vers le foyer 4. Unlike known burners, in which complete combustion takes place inside the diffuser and / or in the combustion chamber 1, the burner according to the invention has a combustion chamber 5 so small that only incomplete combustion can take place. inside the burner itself, the total combustion of the gas mixture being only in the furnace 4 of the boiler. The thermal stresses to which the various constituent parts of the burner are subjected are thus reduced and, moreover, a better transfer of heat towards the furnace 4 is obtained.

En cours de fonctionnement, le mélange combustible et de gaz parvient d'abord dans la chambre de pré-combustion 17. De là, il pénètre, mélangé à de l'air frais et/ou de l'air de combustion, dans le diffuseur Il où débute déjà partiellement la combustion. Les gaz de combustion rencontrent ensuite la cloison 6, qui sert de déflecteur pour guider une partie de ces gaz vers ltouverture de recyclage 13, au travers de laquelle ils sont ramenés dans la chambre de "préparation" 16, et pour guider une autre partie de ces gaz vers l'ouverture de sortie 14, au travers de laquelle ils parviennent dans le foyer 4. During operation, the fuel and gas mixture first enters the pre-combustion chamber 17. From there, it enters, mixed with fresh air and / or combustion air, in the diffuser It where partially begins the combustion. The combustion gases then meet the partition 6, which serves as a deflector for guiding a portion of these gases to the recycling opening 13, through which they are returned to the "preparation" chamber 16, and to guide another part of these gases to the outlet opening 14, through which they reach the hearth 4.

Les gaz recyclés dans la chambre 16 s'écoulent en direction du gicleur 9. Le combustible injecté à "contrecourant" dans les gaz chauds recyclés est "préparé" de façon complète, avant de parvenir dans la chambre de précombustion 17. The gases recycled in the chamber 16 flow towards the nozzle 9. The "countercurrent" injected fuel in the recycled hot gases is "prepared" completely, before reaching the precombustion chamber 17.

L'enveloppe protectrice 15, qui entoure le gicleur 9, protège ce dernier d'un rayonnement thermique trop élevé, et permet même,éventuellement, d'obtenir un refroidissement de ce gicleur 9. The protective envelope 15, which surrounds the nozzle 9, protects the latter from a thermal radiation that is too high, and even makes it possible, if necessary, to obtain cooling of this nozzle 9.

Le brûleur objet de l'invention est ainsi le siège d'une combustion en trois étapes. Dans la chambre de "préparation" 16 s'effectue, au contact des gaz recyclés, la vaporisation du combustible, en même temps que se produisent les premières réactions d'oxydation des hydrocarbures. The burner object of the invention is thus the seat of a combustion in three stages. In the "preparation" chamber 16, in contact with the recycled gases, the vaporization of the fuel is carried out at the same time as the first hydrocarbon oxidation reactions occur.

La deuxième étape est constituée par la première phase de la combustion à haute température dans la chambre de combustion 5, dont le volume est suffisamment faible pour que l'air et le carburant ne puissent donner lieu qu'a une réaction incomplète. The second step is constituted by the first phase of the combustion at high temperature in the combustion chamber 5, the volume of which is sufficiently small so that the air and the fuel can give rise to an incomplete reaction.

La troisième étape de la combustion, à savoir la combustion complète, se produit seulement dans le foyer 4 de la chaudière. Les gaz de combustion brûlent, à cet endroit, sans formation de suie et avec une flamme bleue, transparente. The third stage of combustion, namely complete combustion, occurs only in the furnace hearth 4. At this point, the flue gases burn without soot formation and with a transparent blue flame.

Claims

1. Burner with recycling of combustion products, for fluid fuels, in which the combustion gases are brought back into the pre-combustion chamber upstream of the diffuser to be recycled, by the suction effect induced by the air of combustion, this burner having an air supply opening located in the alignment of the diffuser, but remote from the diffuser, and comprising a nozzle for fuel injection, with an eccentric arrangement with respect to that of the diffuser, characterized in that a deflecting partition (6), closing a combustion chamber (5), is arranged substantially perpendicular to the axis of the diffuser (11) held by another transverse internal partition (12), the deflecting partition (6) being located at a distance from the diffuser (11), for guiding the combustion gases intended to be recycled and also comprising at least one opening (14) for the exit of these gases from the combustion chamber (5), ve rs a boiler hearth (4) or the like, while the transverse internal partition (12) above has at least one opening (13), offset from the diffuser (11) and provided to bring the recycled gases in the region the fuel injection nozzle (9).

2. Burner according to claim 1, characterized in that the nozzle (9) is oriented in the opposite direction to the stream of recycled gas.

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the deflecting partition (6) is of concave shape.

4. Burner according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the combustion chamber (5) is shaped so as to be elongated, telescopically.

5. Burner according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the nozzle (9) is surrounded by a protective casing (15) separated from the nozzle by a gap in radial and axial direction.

6. Burner according to claim 5, characterized in that the gap between the nozzle (9) and its protective envelope (15) is connected to an air supply duct (18).

7. Burner according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio of the diameters (D: d) of the inlet of the diffuser (11) and the outlet of the nozzle (8) bringing the air is greater than or equal to 1.5 (D: d> 1.5).

8. Burner according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the ratio between the length (L) and the diameter (D) of the diffuser (11) is greater than or equal to 1 (L: D>, 1) .

9. Burner according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the ratio of the areas (f: F) of the sections of the recycle opening (13) and the diffuser (li) is greater than or equal to 1 (f: F 1).

10. Burner according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the area (k) of the fictitious frustoconical surface, extending between the outlet of the nozzle (8) for supplying air and the inlet of the diffuser (11), is greater than or equal to one and a half times the area (F) of the diffuser section (11), and preferably equal to or double the area (F) of the diffuser section (k) > 1.5 F, preferably k = 2 F).

11. Burner according to any one of claims 1 to 10, characterized in that its combustion chamber (5 3 has dimensions smaller than those required for a complete combustion reaction.

12. Burner according to any one of claims 1 to 11, characterized in that its combustion chamber (5) is of circular or oval section.

13. Burner according to any one of claims 1 to 12, characterized in that an ignition electrode (10) is arranged in the "preparation" chamber (16), situated between the nozzle (9) and recycling opening (13).