FR2606492A1

FR2606492A1 - PREMIUM GAS BURNER WITH FLAME CONTROL

Info

Publication number: FR2606492A1
Application number: FR8615557A
Authority: FR
Inventors: Francois Cagnon; Denis Di Paola; Georges Austruy; Andre Vinchon
Original assignee: Gaz de France SA
Current assignee: Engie SA
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1986-11-07
Publication date: 1988-05-13
Anticipated expiration: 2006-11-07
Also published as: FR2606492B1; GR3000770T3; DE3764774D1; JPS6488025A; KR950013964B1; KR880006502A; EP0269488A1; ES2016983B3; EP0269488B1; ATE56263T1

Abstract

1. A gas burner for compact immersed tube, comprising a combustible air and gas premixture inlet discharging into a distribution chamber (2) which communicates through a metal flame stabilising grille (5) sensitive to thermal stresses, with a combustion chamber (6) in which the premixture is ignited by a lighting electrode (8) which is mounted through the metal flame stabilizing grille, the said burner being likewise equipped with flame monitoring means (12), the said burner being characterised in that it comprises as a flame monitoring means an ionizing electrode (12) mounted through the metal grille (5) and comprising a suitably insulated tip which extends straight into the combustion chamber (6).

Description

L'invention concerne un brûleur à gaz duThe invention relates to a gas burner

type à prémélange et à contrôLe de flamme. premix and flame control type.

Cette catégorie de brûleur est d'utilisation This category of burner is of use

industrielle courante.current industrial.

Le brûleur à gaz du type à prémélange et à contrôle de flamme conforme à l'invention est, de façon plus spécifique, tel qu'il comporte une arrivée de prémélange air et gaz combustible dans une chambre The gas burner of the premix and flame control type according to the invention is, more specifically, such that it comprises an air premix intake and combustible gas in a chamber

de répartition débouchant par une grille de stabili- the distribution of which results in a stability grid

sation de flamme dans une chambre de combustion o le prémélange est enflammé au moyen d'une éLectrode d'allumage. Divers travaux ont été menés en vue de résoudre les problèmes consécutifs à l'allumage de tels brûleurs flame in a combustion chamber where the premix is ignited by means of an ignition electrode. Various works have been carried out to solve the problems resulting from the ignition of such burners

et au contrôle de la flamme qui se développe. and the control of the flame that develops.

A ce sujet, on peut notamment citer la demande de brevet français n 83 09468 du 8 Juin 1983 déposée au nom du même demandeur pour un "brûleur à gaz du type à prémélange et à contrôle de flamme, utilisé In this respect, mention may in particular be made of French Patent Application No. 83 09468 of June 8, 1983 filed in the name of the same applicant for a "gas burner of the premix and flame control type, used

en particulier pour une installation à tube immergé". especially for a submerged tube installation ".

Les domaines industriels auxquels s'appliquent le brûleur objet de cette demande et le brûleur de l'invention sont voisins. Les problèmes spécifiques The industrial areas to which apply the burner object of this application and the burner of the invention are neighbors. Specific problems

rencontrés sont comparables.encountered are comparable.

Dans la demande précédente en question, on prévoyait de contrôler les conditions de fonctionnement ou de combustion de la flamme au moyen d'une cellule de contrôle sensible au rayonnement ultraviolet. Cette In the previous application in question, it was intended to control the operating conditions or combustion of the flame by means of a control cell sensitive to ultraviolet radiation. This

cellule était disposée vers le fond d'un embout qui s'éten- cell was placed towards the bottom of a mouthpiece that extended

dait, par rapport à la direction d'écoulement du mélange gazeux, à l'arrière de la chambre de répartition. Un faible débit d'air débouchant dans l'embout assurait un refroidissement complémentaire de la cellule. De cette façon, la cellule de contrôle de la flamme était soustraite aux contraintes thermiques particulièrement élevées dans ce type de brûleur travaillant en milieu immergé avec relative to the flow direction of the gaseous mixture, at the rear of the distribution chamber. A low air flow opening into the mouthpiece provided additional cooling of the cell. In this way, the flame control cell was subtracted from the particularly high thermal stresses in this type of burner working in an immersed environment with

une chambre de combustion compacte.a compact combustion chamber.

Cependant, un tel contrôle de flammes par une cellule ainsi disposée peut, dans certains cas, ne pas However, such flame control by a cell thus disposed may, in some cases, not

être approprié.be appropriate.

Des problèmes peuvent se poser, en particu- Problems may arise, in particular

lier en cas de retour de flamme, c'est-à-dire dans le cas o, suite notamment à des instabilités de flamme consécutives à des fluctuations de pression, la flamme, au lieu de brûler dans la chambre de combustion, se développe accidentellement dans la chambre de répartition. En effet, la position occupée par la cellule, en arrière de la chambre de répartition, lui permet de continuer à observer l'existence de la flamme et donc à autoriser le fonctionnement normal du brûleur, sans détecter la position anormale de cette flamme dans la chambre de répartition, ce qui peut entraîner des contraintes thermiques excessives pouvant conduire à la destruction de la grille de stabilisation to bind in case of backfire, that is to say in the case where, in particular following flame instabilities consecutive to pressure fluctuations, the flame, instead of burning in the combustion chamber, develops accidentally in the distribution chamber. Indeed, the position occupied by the cell, behind the distribution chamber, allows it to continue to observe the existence of the flame and thus to allow the normal operation of the burner, without detecting the abnormal position of this flame in the distribution chamber, which can lead to excessive thermal stress that can lead to the destruction of the stabilizing grid

de flamme, endommageant par là même le brûleur. flame, thereby damaging the burner.

En outre, la nécessaire protection thermique que l'on doit assurer à la cellule de contrôle, en liaison avec la compacité du brûleur, requiert, en général, une conception du brûleur assez complexe, pouvant entraîner In addition, the necessary thermal protection that must be provided to the control cell, in connection with the compactness of the burner, requires, in general, a fairly complex burner design, which can cause

des surcoûts de fabrication et des problèmes de standardisation. additional manufacturing costs and standardization issues.

Un autre moyen de contrôle des conditions de fonctionnement et de combustion de la flamme a déjà été envisagé et est utilisé. Il consiste en la prévision d'une électrode d'ionisation mise en place au niveau Another means of controlling the operating conditions and combustion of the flame has already been envisaged and is used. It consists of the prediction of an ionization electrode placed at the level of

de la chambre de combustion.of the combustion chamber.

Une telle électrode, disposée dans l'espace o doit se développer la flamme en condition normale de fonctionnement, permet de détecter les conditions réelles de combustion et de contrôler effectivement la position de cette flamme. Elle permet ainsi de commander l'arrêt du brûleur en cas d'instabilité excessive ou Such an electrode, disposed in the space o must develop the flame under normal operating conditions, to detect the actual combustion conditions and effectively control the position of this flame. It thus makes it possible to control the shutdown of the burner in the event of excessive instability or

de position anormale de la flamme.abnormal position of the flame.

Cependant, il est à noter que ce type de contrôle par électrode d'ionisation était jusqu'à présent utilisé sur des brûleurs (brûleurs à plaquette céramique, brûleurs However, it should be noted that this type of ionization electrode control was previously used on burners (ceramic plate burners, burners

de chauffe-eau) présentant des conditions de fonctionne- water heater) with operating conditions

ment tout à fait différentes de celles du brûleur à prémé- quite different from those of the premix burner.

lange et à grille de stabilisation de flamme de l'invention. and flame retardant grid of the invention.

Les brûleurs de chauffe-eau n'ont qu'une faible The water heater burners have only a weak

puissance de chauffe. Les problèmes de contraintes thermi- heating power. The problems of thermal stresses

ques ne sont donc pas comparables. Les problèmes d'instabili- therefore not comparable. Problems of instability

té de flamme consécutifs à de fortes fluctuations de pression engendrées par la combustion d'une flamme de flames resulting from strong pressure fluctuations caused by the combustion of a flame of

forte puissance en milieu compact, n'existent pas. high power in compact medium, do not exist.

Dans les brûleurs à plaquette céramique, la In ceramic plate burners, the

flamme est "rentrante" et se développe dans la plaquette. flame is "re-entrant" and develops in the wafer.

Les conditions de fonctionnement et le domaine d'applica- The operating conditions and the field of application

tion sont là encore différentes de celles du brûleur are still different from those of the burner

de l'invention.of the invention.

On remarquera, par ailleurs, que de façon à éviter d'interférer avec l'écoulement du mélange gazeux et à ne pas perturber les conditions de fonctionnement du brûleur, l'électrode d'ionisation, lorsqu'elle était prévue, de même d'ailleurs que l'électrode d'allumage, étaient disposées de façon que leur corps et leur tête reliée à l'alimentation électrique soient placées à l'écart de l'écoulement du mélange gazeux; seule leur pointe It will be noted, moreover, that in order to avoid interfering with the flow of the gaseous mixture and not to disturb the operating conditions of the burner, the ionization electrode, when it was intended, likewise other than the ignition electrode, were arranged so that their body and their head connected to the power supply are placed away from the flow of the gaseous mixture; only their tip

beignant dans le mélange.beignant in the mix.

Au contraire, dans l'invention, et de façon surprenante, on s'est aperçu que prévoir l'électrode d'ionisation et l'électrode d'allumage directement au sein du mélange gazeux sur la grille de stabilisation On the contrary, in the invention, and surprisingly, it has been found that providing the ionization electrode and the ignition electrode directly within the gas mixture on the stabilization grid

de flamme d'un brûleur dans lequeL les problèmes d'insta- flame of a burner in which the problems of

bilité de flamme sont particulièrement délicats à résoudre, n'entrainait aucune perturbation pouvant nuire au bon flame are particularly delicate to solve, did not cause any disturbance that could harm the good

fonctionnement du brûleur.burner operation.

C'est pourquoi, compte tenu des nombreux avantages offerts au niveau du contrôle de la flamme par l'électrode d'ionisation, et qui ont été rappelés ci-avant, l'invention prévoit un brûleur à gaz du type à prémélange, à grille et à contrôle de flamme, comprenant une électrode d'ionisation montée, comme l'électode d'allumage, à travers la grille de stabilisation de flamme, ces deux électrodes étant disposées, d'une part, avec leurs pointes convenablement isolées, respectivement droite, et recourbée vers la grille, s'étendant dans la chambre de combustion et, d'autre part, avec leurs têtes reliées chacune à une alimentation électrique correspondante adaptée, traversant Therefore, given the many advantages offered in the control of the flame by the ionization electrode, and which have been recalled above, the invention provides a gas burner premix type gate and flame control, comprising an ionization electrode mounted, as the ignition electrode, through the flame-stabilizing gate, these two electrodes being arranged, on the one hand, with their suitably insulated points, respectively right , and curved towards the grid, extending into the combustion chamber and, on the other hand, with their heads each connected to a corresponding corresponding electrical supply, passing through

la chambre de répartition.the distribution chamber.

De cette façon, on assure un bon contrôle de la position et des conditions de combustion de la flamme, permettant d'éviter, notamment, toute extinction intempestive du brûleur en cours de combustion et tout endommagement de celui-ci consécutif à une instabilité ou retour de flamme. L'invention s'applique également à l'utilisation In this way, it ensures a good control of the position and the conditions of combustion of the flame, avoiding, in particular, any inadvertent extinguishment of the burner during combustion and any damage thereto due to instability or return of flame. The invention also applies to the use

de brûleurs s'adaptant à un ensemble chambre de combus- of burners adapting to a combustion chamber assembly

tion et tube immergé compact.compact submerged tube.

L'invention, ses caractéristiques et avantages The invention, its features and advantages

apparaîtront plus clairement à l'aide de la descrip- will become clearer with the help of the descrip-

tion qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre, de façon schématique, un brûleur à gaz conforme à l'invention, et - la figure 2 illustre à plus petite échelle FIG. 1 shows schematically a gas burner according to the invention, and FIG. 2 illustrates on a smaller scale.

un schéma de montage du brûleur.a diagram of the burner assembly.

En se reportant, tout d'abord à la figure 1, Referring first to Figure 1,

le brûleur repéré dans son ensemble 1 comporte essen- the burner identified as a whole 1 comprises substantially

2 bO6492 tiellement une chambre 2 de répartition dans laquelle arrive, par une conduite 3 d'alimentation, le prémélange air/gaz combustible débouchant avantageusement dans la chambre 2 par une ouverture sensiblement radiale 4. La chambre 2 qui a la forme générale d'un caisson cylindrique à section sensiblement circulaire est obturée, sur sa face avant, par une grille de stabilisation de flammes 5. Cette grille peut être du type décrit à la demande française sus-mentionnée n 83 09468. De façon plus spécifique, elle comporte essentiellement des orifices de diamètre et de répartition convenables pour assurer un bon accrochage et une bonne stabilisation des flammes à l'entrée de la chambre de combustion 6, et ce pour 2 bO6492 tially a distribution chamber 2 in which arrives, via a feed line 3, premix air / fuel gas advantageously opening into the chamber 2 by a substantially radial opening 4. The chamber 2 which has the general shape of a Cylindrical box with substantially circular section is closed on its front face by a flame stabilization grid 5. This grid may be of the type described in the above-mentioned French application No. 83 09468. More specifically, it essentially comprises orifices of suitable diameter and distribution to ensure good attachment and good stabilization of the flames at the inlet of the combustion chamber 6, and this for

les puissances considérées de fonctionnement du brûleur. the considered operating powers of the burner.

Sur sa face arrière, le caisson formant la chambre de répartition 2 est fermée par une paroi 7. Sur la figure I on a repéré par les lettres AV et AR le côté respectivement "avant" et "arrière" du brûleur, en faisant référence à la circulation du mélange combustible dans On its rear face, the box forming the distribution chamber 2 is closed by a wall 7. In FIG. 1, the letters "AV" and "AR" indicate the "front" and "rear" side respectively of the burner, with reference to FIG. the circulation of the fuel mixture in

le brûleur tel que schématisé par les flèches. the burner as shown schematically by the arrows.

Tel qu'illustré, l'allumage du brûleur est assuré par une électrode 8 alimentée sous haute tension convenable comme schématisé en 9 et convenablement isolée, l'allumage s'effectuant par étincelles entre la pointe recourbée 10 de l'électrode d'allumage et la paroi voisine de la grille 5 ou du flasque avant 11 métallique sur laquelle est fixée la grille 5 et qui est mise à la masse As illustrated, the ignition of the burner is provided by an electrode 8 supplied with high voltage suitable as shown schematically in 9 and suitably isolated, the ignition being effected by spark between the bent tip 10 of the ignition electrode and the wall next to the grid 5 or the front metal flange 11 on which is fixed the gate 5 and which is grounded

du caisson formant la chambre de répartition 2. of the chamber forming the distribution chamber 2.

Pour contrôler le bon fonctionnement du brû- To check the proper functioning of the burner

leur, c'est-à-dire en particulier les conditions de combustion de la flamme qui se développe dans la chambre de combustion, ainsi que la position de cette flamme, on a prévu une électrode d'ionisation 12 également alimentée sous tension convenable comme schématisé en 10 et convenablement isolée, la détection des conditions de développement de la flamme s'effectuant entre la pointe 13 de l'électrode their, that is to say in particular the combustion conditions of the flame that develops in the combustion chamber, as well as the position of this flame, there is provided an ionization electrode 12 also powered under suitable voltage as schematized in 10 and suitably isolated, the detection of the conditions of development of the flame occurring between the tip 13 of the electrode

12 et la masse voisine de la grille 5. 12 and the neighboring mass of the grid 5.

La pointe 13 de l'électrode d'ionisa- - The tip 13 of the ionisation electrode

tion 12 est, telle qu'illustrée, sensiblement droite et dirigée sensiblement parallèLement à la direction 12 is, as illustrated, substantially straight and directed substantially parallel to the direction

d'écoulement du mélange gazeux.flow of the gas mixture.

Les deux électrodes 8 et 12 sont montées, également sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du mélange combustible, de façon à traverser la grille de stabilisation de flammes vers la partie centrale de celle-ci et avec leurs pointes respectives 10 et 13 s'étendant dans la chambre de combustion. Les câbles d'alimentation électriques 9 et 10 des électrodes s'étendent, tel qu'illustré, dans la chambre de répartition 2 et traversent, de façon étanche aux pressions The two electrodes 8 and 12 are mounted, also substantially parallel to the direction of flow of the fuel mixture, so as to pass through the flame stabilization gate to the central portion thereof and with their respective points 10 and 13 's. extending into the combustion chamber. The electrical supply cables 9 and 10 of the electrodes extend, as illustrated, into the distribution chamber 2 and pass through, in a pressure-tight manner.

de fonctionnement considérées, la paroi de celle-ci respec- considered, the wall of the latter

vement en 14 et 15. L'étanchéité peut notamment être 14 and 15. In particular, the watertightness may be

assurée par des presse-étoupes.ensured by cable glands.

Vers l'arrière de la chambre de répartition 2, vers le fond d'un embout 22 débouchant dans cette chambre, apparait un voyant 23 de contrôle visuel de la flamme. On notera que le voyant 15 est disposé de Towards the rear of the distribution chamber 2, toward the bottom of a nozzle 22 opening into this chamber, there is a sight 23 for visual control of the flame. It will be noted that the indicator light 15 is arranged

façon tout à fait appropriée et bien protégé des con- completely appropriate and well protected from

traintes thermiques.thermal stresses.

En se référant maintenant à la figure 2, on voit que le brûleur est alimenté en gaz combustible par une conduite 16, le prémélange étant ainsi délivré au Referring now to FIG. 2, it can be seen that the burner is supplied with fuel gas via a pipe 16, the premix being thus delivered to

conduit 3 dans des conditions sensiblement stoechio- leads 3 under substantially stoichiological conditions

métriques. L'air nécessaire à la combustion est délivré par un ventilateur ou compresseur 17 qui alimente le conduit d'air principal 18. Le ventilateur est alimenté metrics. The air required for combustion is delivered by a fan or compressor 17 which feeds the main air duct 18. The fan is powered

en énergie électrique par 24.in electrical energy by 24.

Tel qu'illustré sur cette figure 2, on notera que le brûleur décrit cidessus permet d'équiper des installations de tubes immergés (ou plus généralement à chambre de combustion immergeable dans le liquide 19 As illustrated in this FIG. 2, it will be noted that the burner described above makes it possible to equip installations with submerged tubes (or more generally with a submergible combustion chamber in the liquid).

à chauffer) de construction particulièrement compacte. to be heated) of particularly compact construction.

En 20 à la figure 2 est illustré le tube immergé In 20 in Figure 2 is illustrated the submerged tube

dans lequel débouchent les produits de combustion s'échap- in which the products of combustion escape

pant de la chambre de combustion 6 vers la sortie 21 pant from combustion chamber 6 to exit 21

des fumées.fumes.

Sur les figures schématiques.on n'a pas repré- In the schematic figures, it has not been

senté les organes de mise en marche/arrêt du brûleur. the start / stop components of the burner.

Cependant, comme on le comprend, l'arrêt du brûleur est commandé par L'électrode d'ionisation 12 However, as understood, burner shutdown is controlled by the ionization electrode 12

dès que celle-ci détecte une absence de flamme. as soon as it detects a lack of flame.

Claims

1. - Premix and flame control type gas burner comprising an air premix inlet and combustible gas in a distribution chamber opening through a flame stabilization grid in a combustion chamber where the premix is ignited by means of an ignition electrode, said burner being characterized in that it comprises an ionisation electrode (12) for controlling the

flame, said ignition electrodes (8) and ionizing

tion (12) being mounted through the flame-stabilizing grid (5), on the one hand with their spikes

(10, 13) suitably isolated, respectively

gap to the grid and right, extending into the chamber

combustion chamber (6) and, on the other hand, with their heads each connected to a corresponding corresponding power supply, (9, 10) passing through the chamber

of distribution (2).

2. Burner according to claim 1, characterized

in that the ignition electrodes (8) and

sation (12) are mounted towards the central part of the flame-stabilizing grid (5) substantially parallel to the direction of flow of the combustible gas mixture of the distribution chamber (2)

to the combustion chamber (6).

3. - Use of the burner according to claim

cation 1 or claim 2, characterized in that it adapts to a combustion chamber assembly

(6) and compact submerged tube.