IT202000028394A1 - Bruciatore e apparato industriale a ridotte emissioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?BRUCIATORE E APPARATO INDUSTRIALE A RIDOTTE EMISSIONI?

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione ? relativa ad un bruciatore ed un apparato industriale a ridotte emissioni per il riscaldamento di un fluido. In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione nei bruciatori monoblocco a fiamma diffusiva, cui la descrizione che segue far? esplicito riferimento senza per questo perdere in generalit?.

CONTESTO DELL?INVENZIONE

Il riscaldamento di fluidi in applicazioni industriali, ad esempio aria o acqua per caldaie, fonderie, torrefazioni, forni, ecc., avviene solitamente tramite l?utilizzo di bruciatori industriali disposti in camere di combustione di caldaie e forni delimitati almeno da due pareti contrapposte ed un tetto o un corpo scatolare o tubolare. Tali camere sono solitamente riscaldate da uno o pi? bruciatori disposti in serie, in funzione dell?applicazione di utilizzo. In particolare, i bruciatori installati nelle caldaie sono solitamente bruciatori monoblocco, ovvero aventi un rispettivo ventilatore ed un quadro elettrico di controllo a bordo del bruciatore stesso.

Tipicamente, il ciclo di funzionamento dei bruciatori, funzionanti a gas metano (o miscele, o GPL), ? studiato con grande precisione sia per ottenere un riscaldamento rapido ed uniforme, sia per ottimizzare efficienza ed emissioni. In tal senso, tra le emissioni maggiormente attenzionate negli ultimi anni vi sono certamente gli ossidi di azoto (NOX).

Durante i processi termici, gli NOX si formano a partire dall'azoto presente solitamente nel comburente (atmosfera) in presenza di elevate temperature e di una grossa quantit? di ossigeno. Tuttavia, in caso di combustione ideale, tra i prodotti della combustione non ci sarebbero gli ossidi di azoto, visto che quest'ultimo, come noto, ? inerte a temperature contenute. Pertanto, ? proprio a causa dei picchi di temperatura raggiunti durante le fasi intermedie (di transizione) della combustione che le molecole di azoto (N2) si dissociano in azoto atomico che risulta invece estremamente reattivo a contatto con ossigeno, a sua volta atomicamente dissociato, portando alla formazione di NOX.

Inoltre, il drastico abbassamento di temperatura, riscontrabile nella fase terminale della combustione o lontano dalla fiamma nei bruciatori, congela la reazione sopra descritta impedendo la riassociazione dell'azoto e dell'ossigeno, scaricando quindi a valle il sottoprodotto NOX. Gli ossidi di azoto, sono comunemente considerati come sostanze inquinanti e possibili cause di problemi polmonari e/o atmosferici, pertanto, la loro riduzione si prospetta come un obiettivo comune nel campo della combustione industriale.

A questo scopo, sono stati sviluppati diversi tipi di bruciatori industriali al fine di ottenere una temperatura desiderata all?interno della camera di combustione riducendo il pi? possibile le emissioni di ossidi di azoto sia a scopi ambientali, sia a scopi di efficientamento energetico.

Tuttavia, il tentativo di ridurre le emissioni ha determinato una diminuzione della portata di gas utilizzata e un conseguente allungarsi dei tempi necessari per raggiungere una temperatura di fiamma desiderata. Infatti, per evitare i picchi di temperatura che causano buona parte delle emissioni (in accensione e a regime), viene solitamente diminuita la potenza aumentando la portata d?aria, la quale raffredda la fiamma riducendo di conseguenza la produzione di emissioni di NOx.

In particolare, la diminuzione delle emissioni va in contrasto con quelli che sono i requisiti per ottenere una fiamma stabile e che raggiunge rapidamente la temperatura desiderata, in quanto la minimizzazione del combustibile utilizzato compromette la profondit? e la stabilit? della cosiddetta radice di fiamma.

Scopo della presente invenzione ? realizzare un apparato ed un bruciatore, i quali permettano di superare, almeno parzialmente, gli inconvenienti dell?arte nota e siano, nel contempo, di facile ed economica realizzazione.

SOMMARIO

In accordo con la presente invenzione vengono forniti un bruciatore industriale ed un apparato secondo quanto licitato nelle rivendicazioni indipendenti che seguono e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti direttamente o indirettamente dalle rivendicazioni indipendenti.

Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 ? una vista laterale e schematica in sezione di una prima forma di attuazione di un bruciatore industriale in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 ? una vista prospettica e schematica di una seconda forma di attuazione di un bruciatore industriale in accordo con la presente invenzione;

- la figura 3 ? una vista laterale in sezione della parte della figura 2;

- la figura 4 ? una vista prospettica e schematica della sezione della figura 3; e

- la figura 5 ? una vista frontale e schematica del bruciatore delle figure da 2 a 4.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Nella figura 1, con 1 ? indicato nel suo complesso un bruciatore industriale ad emissioni ridotte, in accordo con un primo aspetto della presente invenzione.

Il bruciatore 1 ? installabile in una camera 3 di combustione, ad esempio di una caldaia o di un forno, in particolare in corrispondenza di una parete 4 della camera 3 di combustione. Pi? in particolare, il bruciatore 1 ? installabile in un impianto per la cottura degli smalti di manufatti ceramici, per la verniciatura in forno, per l?essiccazione di sabbia e/o ghiaia, per la precottura di prodotti alimentari (es. surgelati), in generatori di calore ad acqua calda, ad acqua surriscaldata, a vapore, a vapore surriscaldato ad olio diatermico (thermal oiled boiler).

Come illustrato nelle figure 1, 3 e 4, il bruciatore 1 comprende un elemento 5 di scarico tubolare, all?interno del quale si estende almeno un condotto 6 per l?adduzione di una portata PF primaria di un combustibile (ad esempio gas naturale o gas di petrolio liquido), la quale ? configurata per sviluppare una radice FR di fiamma. In particolare, la radice FR di fiamma viene sviluppata in una zona radialmente centrale del bruciatore 1, in corrispondenza di un asse LA longitudinale (di simmetria) del bruciatore.

In particolare, il bruciatore 1 comprende almeno un condotto 7 per l?adduzione di una portata SF secondaria del combustibile configurata per sviluppare una fiamma MF principale (radialmente, rispetto all?asse LA longitudinale, esterna alla radice FR di fiamma centrale).

Il bruciatore 1, comprende inoltre almeno un condotto 8 per l?adduzione di un comburente OX (generalmente aria ambiente). In particolare, il combustibile immesso tramite i condotti 6 e 7 di adduzione del combustibile ? sostanzialmente gas metano, mentre il comburente OX immesso tramite condotto 8 di adduzione del comburente OX ? sostanzialmente aria ambiente (con circa il 21% di ossigeno).

Nelle non limitative forme di attuazione delle figure allegate, l?elemento 5 di scarico tubolare ? configurato per essere attraversato (completamente) dal comburente OX, quindi dal condotto 8 e, in particolare, anche dai condotti 6 e 7 per l?adduzione, rispettivamente, della portata PF primaria e della portata SF secondaria del combustibile.

Secondo le non limitative forme di attuazione delle figure 1 e 3, l?elemento 5 di scarico tubolare ? dotato di una estremit? 9, configurata per essere installata all?esterno della camera 3 di combustione ed una estremit? 10, opposta all?estremit? 9, e configurata per essere installata all?interno della camera 3 di combustione.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il bruciatore 1 comprende anche un elemento 11 di scarico tubolare, il quale si estende dall?estremit? 10, dal lato opposto rispetto all?estremit? 9, ovvero verso la (pi? precisamente, l?interno della) camera 3 di combustione. In particolare, l?elemento 11 di scarico tubolare ? configurato per essere almeno parzialmente attraversato dal condotto 6 e dal condotto 7. Pi? in particolare, l?elemento 11 di scarico ? configurato per essere attraversato dai fluidi in uscita dall?elemento 5 di scarico tubolare.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, l?elemento 5 di scarico tubolare ? accoppiato ad un elemento di supporto comprendente una flangia configurata per fissare il bruciatore 1 alla parete 4 della camera 3 di combustione.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il bruciatore comprende inoltre un elemento 12 di aspirazione, che ? configurato per portare almeno parte dei gas G presenti all?esterno del bruciatore 1 (ovvero all?interno della camera 3 di combustione) nell?elemento 11 di scarico tubolare ed ? dotato di almeno un?apertura 13 disposta tra l?elemento 5 e l?elemento 11 di scarico tubolare, la quale aspira i gas G presenti all?esterno del bruciatore 1 per effetto di una depressione generata in corrispondenza dell?elemento 12 di aspirazione. In particolare, l?apertura 13 ha una forma anulare. In tal modo, ? possibile ottenere un?aspirazione distribuita dei gas G. In tal modo, ? inoltre possibile utilizzare l?ossigeno residuo all?interno della camera 3 di combustione e completare la combustione di quei gas G, G? che non sono stati totalmente combusti con un primo passaggio all?interno del bruciatore 1, ovvero tramite una combustione primaria. Inoltre, i gas G, G? (presumibilmente, anche in considerazione del fatto che presentano una temperatura relativamente elevata) contribuiscono a migliorare l?efficienza della combustione. In aggiunta, alcuni gas G? vengono richiamati dalla fiamma MF principale a causa della velocit? di uscita della miscela composta dalla portata SF secondaria e dalla sezione OX?? secondaria (accelerata a causa della strozzatura 20). Con ?combustione primaria? si intende la combustione generata dal bruciatore senza il ricircolo dei gas G, G?.

Nelle non limitative forme di attuazione delle figure allegate, il bruciatore 1 ? configurato per generare un accelerazione del (solo) comburente OX in corrispondenza dell?elemento 12 di aspirazione.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, l?elemento 12 di aspirazione comprende, in particolare ?, un tubo di Venturi.

Secondo le non limitative forme di attuazione delle figure allegate, l?elemento 11 di scarico tubolare ? solidalmente connesso all?elemento 5 di scarico tubolare ed ? sostanzialmente coassiale all?elemento 5 di scarico tubolare. In altre parole, l?asse LA di simmetria longitudinale dell?elemento 11 di scarico tubolare coincide con l?asse LA di simmetria longitudinale dell?elemento 5 di scarico tubolare.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, l?elemento 11 di scarico tubolare si trova (completamente) all?interno della camera 3 di combustione.

Secondo le non limitative forme di attuazione delle figure allegate, il bruciatore 1 comprende un elemento 14 di suddivisione del comburente OX configurato per partizionare il comburente OX (a monte dell?apertura 13 dell?elemento 12 di aspirazione) in una sezione OX? primaria, da miscelarsi con detta portata PF primaria, ed una sezione OX?? secondaria, da miscelarsi con detta portata SF secondaria.

In particolare, l?elemento 14 di suddivisione del comburente comprende (?) una testa 15 di miscelazione, all?interno della quale ? inserito il condotto 6 di adduzione del combustibile. In dettaglio, la testa 15 ? disposta in posizione radialmente centrale rispetto all?asse LA longitudinale del bruciatore. Pi? precisamente, la testa 15 ? disposta parzialmente all?interno dell?elemento 5 di scarico tubolare e parzialmente all?interno dell?elemento 11 di scarico tubolare.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il bruciatore 1 ? configurato per generare un?accelerazione della sezione OX?? secondaria e/o della sezione OX? primaria. In particolare, la conformazione dell?elemento 14 di suddivisione del comburente combinato con l?elemento 12 di aspirazione, permette al bruciatore 1 di generare un?accelerazione della sezione OX?? secondaria (restringendo il passaggio della sezione OX?? secondaria) ed un rallentamento della sezione OX? primaria (allargando il passaggio della sezione OX? primaria).

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il bruciatore 1 comprende un terminale 16 diffusore, collegato fluidicamente al condotto 6 per l?adduzione del combustibile (della portata PF primaria) e configurato per diffondere e far vorticare la portata PF primaria del combustibile. In particolare, il terminale 16 diffusore divide e devia la portata PF primaria in modo da generare una radice FR di fiamma stabile e vorticosa. In particolare, il terminale 16 diffusore ? solidale all?elemento 5 di scarico tubolare.

In alcuni casi non limitativi, l?elemento 11 di scarico tubolare ? regolabile longitudinalmente (lungo l?asse LA longitudinale) in modo da allargare o restringere l?apertura 13 dell?elemento 12 di aspirazione.

In alternativa o in aggiunta, il terminale 16 diffusore ? regolabile longitudinalmente (lungo l?asse LA longitudinale) in modo da variare la separazione del comburente OX (ovvero come ed a che punto del bruciatore viene diviso) nelle sezioni OX?, OX?? primaria e secondaria.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il terminale 16 diffusore comprende un disco 17 turbolatore (illustrato in tutte le forme di attuazione delle figure allegate, in particolare frontalmente nella figura 5) disposto perpendicolarmente all?asse LA longitudinale del bruciatore 1. In particolare, il disco 17 turbolatore comprende una pluralit? di fenditure 18 e/o di fori 19 passanti configurati per generare un moto vorticoso della portata PF primaria.

Pi? precisamente, le fenditure 18 sono delle aperture allungate che si estendono in maniera inclinata dalla superficie principale del disco 17 turbolatore, mentre i fori 19 sono delle aperture circolari che si estendono perpendicolarmente alla superficie principale del disco 17 turbolatore, quindi parallelamente all?asse LA longitudinale del bruciatore 1.

Nelle non limitative forme di attuazione delle figure 1, 3 e 4, l?elemento di aspirazione presenta almeno una strozzatura 20 disposta in corrispondenza dell?estremit? 10.

In particolare, tale strozzatura ? determinata da un restringimento dell?elemento 5 di scarico tubolare o da un allargamento dell?elemento 14 di suddivisione del comburente senza soluzione di continuit?.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, la strozzatura 20 presenta (almeno) un tratto TT?, TT?? di forma troncoconica, delimitata da una base maggiore ed una base minore.

Secondo una limitativa forma di attuazione, l?elemento 11 di scarico tubolare presenta un?estremit? 21 aperta, rivolta verso l?elemento 12 di aspirazione, ed una estremit? 22 aperta rivolta verso l?interno della camera di combustione.

Nelle non limitative forme di attuazione delle figure 1, 3 e 4, la strozzatura 20 comprende (? formata da) un tratto TT? di forma troncoconica, il quale si estende, muovendosi lungo una direzione FD di flusso, radialmente verso l?asse LA longitudinale centrale del bruciatore 1, in particolare la cui base maggiore coincide con l?estremit? 10 dell?elemento 5 di scarico tubolare. Inoltre, la strozzatura 20 comprende un tratto TT?? di forma troncoconica, il quale si estende, muovendosi lungo la direzione FD di flusso, radialmente dall?asse LA longitudinale centrale del bruciatore 1, in particolare le cui basi maggiore e minore sono determinati dalla geometria dell?elemento 14 di suddivisione del comburente OX (ovvero dalla testa 15).

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il tratto TT? di forma troncoconica ? disposto esternamente radiale (lungo una direzione RD radiale, illustrata nelle figure 1 e 3) rispetto al tratto TT?? di forma troncoconica.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il tratto TT? di forma troncoconica ed il tratto TT?? di forma troncoconica sono almeno parzialmente sfalsati lungo la direzione FD di flusso. In tal modo, l?accelerazione del comburente OX viene scaglionata. In particolare, come illustrato nelle non limitative forme di attuazione delle figure 1, 3 e 4, il tratto TT? di forma troncoconica ? disposto almeno parzialmente a valle rispetto al tratto TT?? di forma troncoconica lungo la direzione FD di flusso.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il condotto 6 per l?adduzione della portata PF primaria del combustibile ? disposto in posizione centrale del bruciatore lungo un asse LA di longitudinale del bruciatore 1. Inoltre, il condotto 7 (o i condotti 7) per l?adduzione della portata SF secondaria del combustibile ? disposto concentricamente all?esterno rispetto al condotto 6. In particolare, il bruciatore 1 comprende una pluralit? di condotti 7 (ad esempio sei nella forma di attuazione delle figure da 2 a 5) disposti radialmente rispetto al condotto 6.

Secondo le non limitative forme di attuazione delle figure allegate, l?almeno un condotto 7 ? disposto in modo da attraversare uno spazio S? compreso tra l?elemento 5 di scarico tubolare e l?elemento 14 di suddivisione del comburente OX. In particolare, l?almeno un condotto 7 ? disposto in modo da passare almeno parzialmente anche in uno spazio S?? compreso tra l?elemento 11 di scarico tubolare e l?elemento 14 di suddivisione del comburente.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, l?elemento 5 di scarico presenta una sezione trasversale circolare, in particolare con diametro costante.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, l?elemento 11 di scarico presenta una sezione trasversale circolare, in particolare con diametro costante.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, i condotti 6 e 7 presentano una sezione trasversale circolare.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, la testa 15 presenta una sezione trasversale circolare con diametro almeno parzialmente variabile.

In particolare, in corrispondenza della strozzatura 20, la sezione trasversale per il passaggio della sezione OX?? secondaria presenta un passaggio inferiore ai due terzi dello spazio S? e/o dello spazio S??. Pi? in particolare, in corrispondenza della strozzatura 20, la sezione trasversale per il passaggio della sezione OX?? secondaria presenta un passaggio inferiore alla met? dello spazio S? e/o dello spazio S??. Pi? il passaggio in corrispondenza della strozzatura 20 diminuisce, rispetto allo spazio S?, pi? la variazione della velocit? della sezione OX?? del comburente, che in uso si miscela alla portata SF secondaria per la formazione della fiamma MF principale, aumenta.

In alcuni casi non limitativi, lo spazio S? ? sostanzialmente uguale allo spazio S??. In altri casi non limitativi, lo spazio S? ? maggiore o minore dello spazio S??.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il diametro dell?elemento 5 di scarico tubolare ? inferiore al diametro dell?elemento 11 di scarico tubolare.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, e come illustrato nelle non limitative forme di attuazione delle figure 1, 2 e 5, il bruciatore 1 comprende inoltre un sistema 23 di adduzione del combustibile configurato per regolare il volume in ingresso della portata PF primaria all?interno del condotto 6 ed un sistema 24 di adduzione del combustibile configurato per regolare il volume in ingresso della portata SF secondaria all?interno del condotto (o dei condotti) 7.

In particolare, il sistema 23 ed il sistema 24 di adduzione del combustibile sono regolabili indipendentemente l?uno dall?altro. In tal modo, ? possibile, ad esempio, variare la portata PF primaria mantenendo costante la portata SF secondaria e viceversa, in base al carico del bruciatore 1.

Secondo alcune preferite ma non limitative forme di attuazione, il bruciatore 1 comprende inoltre un sistema 25 di adduzione del comburente OX. In particolare, il sistema 25 di adduzione del comburente comprende almeno una ventola 26 (schematizzata in figura 1) a giri variabili comandata in rotazione da un proprio sistema attuatore.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il bruciatore 1 comprende inoltre una unit? 27 elettronica di controllo configurata per controllare (in maniera coordinata) il sistema 23 di adduzione del combustibile, il sistema 24 di adduzione del combustibile ed il sistema 25 di adduzione del comburente OX. In particolare, l?unit? 27 di controllo ? configurata per variare la proporzione tra la portata PF primaria e la portata SF secondaria in funzione di un carico richiesto al bruciatore 1.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, l?unit? 27 di controllo ? configurata per variare la portata PF primaria tra il 5% ed il 50% del combustibile totale, il quale ? dato dalla somma della portata PF primaria e della portata SF secondaria.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, l?unit? 27 di controllo ? configurata per variare la portata SF secondaria tra il 95% ed il 50% del combustibile totale (dato dalla somma della portata PF primaria e della portata SF secondaria).

Secondo alcune vantaggiose forme di attuazione non limitative, l?unit? 27 di controllo ? configurata per minimizzare il volume in ingresso della portata PF primaria finch? un?ulteriore diminuzione non determini lo spegnimento della fiamma MF principale.

Nelle non limitative forme di attuazione delle figure 1 e 3, il bruciatore 1 ? configurato in modo date che la fiamma MF principale si sviluppi in un volume della camera 3 di combustione separato rispetto alla radice FR di fiamma.

In tal modo, ? possibile mantenere valori pi? bassi della temperatura media di fiamma e ridurre di conseguenza il contributo degli NOx termici (Thermal NOx).

In alcuni casi non limitativi, il sistema 23 ed il sistema 24 di adduzione comprendono, ciascuno, un rispettivo dispositivo attuatore M elettrico, in particolare per regolare una rispettiva valvola V, preferibilmente a farfalla. In dettaglio, i sistemi attuatori M elettrici sono dei motori passo-passo o dei motori brushless.

In accordo con un secondo aspetto della presente invenzione, viene fornito un apparato industriale per il riscaldamento di un fluido.

In particolare, l?apparato comprendente la camera 3 di combustione ed un bruciatore 1 secondo quanto precedentemente descritto. Vantaggiosamente, il bruciatore 1 ? disposto in modo che l?elemento 12 di aspirazione si trovi all?interno della camera 3 di combustione e porti almeno parte dei gas G presenti all?interno della camera 3 di combustione a transitare attraverso l?elemento 11 di scarico tubolare.

In accordo con un ulteriore aspetto della presente invenzione, viene fornito un metodo per il controllo del bruciatore 1 comprendente la fase di controllare separatamente i sistemi attuatori M elettrici in modo da minimizzare la portata PD primaria atta a generare la radice FR di fiamma.

In uso, in corrispondenza del disco turbolatore, il bruciatore 1 genera una prima miscela combusta, in particolare la radice FR di fiamma, tra la portata PF primaria e la sezione OX? primaria del comburente, i cui gas transitano almeno parzialmente attraverso l?elemento 11 di scarico, il quale immette la radice FR fiamma all?interno della camera 3 di combustione. In contemporanea, il bruciatore genera una seconda miscela combusta, in particolare la fiamma MF principale, tra la portata SF secondaria e la sezione OX?? secondaria e accelerata del comburente, i cui gas transitano almeno parzialmente attraverso l?elemento 11 di scarico, il quale immette la fiamma MF principale all?interno della camera 3 di combustione maggiormente in profondit? rispetto alla radice di fiamma.

I prodotti della combustione emessi dal bruciatore 1, non vengono totalmente combusti al loro primo passaggio attraverso l?elemento 11 di scarico, ma la combustione viene incrementata (completata) grazie al continuo ricircolo dei gas G (presenti all?interno della camera 3 di combustione) attraverso l?elemento 12 di aspirazione nell?elemento 11 di scarico. In aggiunta, la combustione viene altres? migliorata grazie al continuo richiamo dei gas G? all?interno del volume della fiamma MF principale dovuto all?elevata velocit? di uscita della portata SF secondaria e della miscela determinata dalla sezione OX?? secondaria del comburente e dai gas G.

In altre parole, il bruciatore 1 genera una combustione primaria sui gas immessi dai condotti 6, 7 e 8 (combustibile e comburente) ed una combustione secondaria degli stessi, sfruttando i gas G, G? ricircolati dall?interno della camera 3 di combustione non completamente combusti (in cui ? presente ossigeno residuo) aspirati dall?elemento 12 di aspirazione o dalla fiamma MF principale (separata dalla radice FR di fiamma).

In particolare, la strozzatura 20 dell?elemento 12 di aspirazione determina un aumento della velocit? della sezione OX?? secondaria del comburente in uscita dall?elemento 5 di scarico. La variazione di velocit? del comburente, sfruttando l?effetto Venturi, determina una depressione in corrispondenza dell?apertura 13. Questa depressione determina a sua volta l?aspirazione dei gas G presenti all?interno della camera 3 e consente quindi di effettuare una combustione secondaria sfruttando tali gas G (all?interno dei quali ? ancora presente una discreta percentuale di ossigeno ? variabile anche fino al 10%).

Nelle forme di attuazione non limitative ed illustrate nelle figure allegate, l?elemento 12 di aspirazione determina un aumento dei moti turbolenti all?interno della camera 3 di combustione. Inoltre, la combustione secondaria genera un ulteriore incremento di scambio termico. Ne consegue un aumento del coefficiente di scambio termico complessivo ed una maggiore omogeneit? della temperatura all?interno della camera 3 di combustione.

Inoltre, la regolazione indipendente delle portate PF ed SF permette di limitare l?utilizzo inutile di combustibile migliorando ulteriormente e sinergicamente all?elemento 12 di aspirazione l?efficienza della combustione e la riduzione delle emissioni (in particolare di NOx).

Risulta quindi evidente che, utilizzando un apparato 1 in accordo con la presente invenzione, si ottiene una maggior uniformit? della temperatura all?interno della camera 3 di combustione, la cui media ? in particolare inferiore alle soluzioni di arte nota.

? importante notare che, utilizzando un bruciatore secondo quanto precedentemente descritto, anche i picchi di temperatura in prossimit? dello scarico del bruciatore 1 risultano essere (almeno parzialmente) appianati, determinando quindi una minore quantit? di emissioni.

Bench? l?invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad un esempio di attuazione ben preciso, essa non ? da ritenersi limitata a tale esempio di attuazione, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche o semplificazioni coperte dalle rivendicazioni allegate, quali ad esempio una diversa geometria della testa 15, dell?elemento 12 di aspirazione, una diversa disposizione dei condotti 6 e 7 all?interno del bruciatore o degli elementi 5 e 11 di scarico (sia come posizione che come allineamento), dei diversi sistemi di adduzione, un diverso tipo di terminale diffusore, ecc.

L?apparato ed il bruciatore sopra descritti comportano numerosi vantaggi.

Innanzitutto, la presente invenzione consente, tramite una pluralit? di fattori sinergici, una sensibile riduzione di NOx e CO emessi dal bruciatore 1 rispetto ad un bruciatore standard. In particolare, la presente invenzione consente un elevata ripartizione (staging) del combustibile dovuta alla disposizione dei condotti 6 e 7 ed all?indipendenza sei sistemi 23 e 24 di adduzione. Tale ripartizione determina quindi una separazione di volumi tra la radice FR di fiamma e la fiamma MF principale.

In aggiunta, il bruciatore 1, data la geometria, consente una ripartizione efficace del comburente e pu? tranquillamente essere installato in sostituzione (come miglioria) di un?architettura standard.

Inoltre, la presente invenzione comporta anche un elevato rapporto di modulazione della potenza del bruciatore (grazie al controllo elettronico del sistema 25 di adduzione del comburente capace di variare i giri della ventola 26).

Infine, la diminuzione delle dispersioni, l?aumento della combustione e dell?uniformit? della temperatura all?interno della camera 3 di combustione, il controllo indipendente della portata PF primaria e della portata SF secondaria, determinano, da parte dell?apparato e del bruciatore 1 in accordo con la presente invenzione, la necessit? di una minore quantit? di gas (solitamente metano) da immettere all?interno del bruciatore 1 per mantenere una certa temperatura, rispetto alle soluzioni di arte nota, determinando quindi, a parit? di potenza, oltre ad una riduzione di emissioni, un risparmio energetico e di materia prima.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI

1. Bruciatore (1) industriale a emissioni ridotte installabile in una camera (3) di combustione;

il bruciatore (1) comprendendo almeno: un primo elemento (5) di scarico tubolare, all?interno del quale si estendono almeno un primo condotto (6) per l?adduzione di una portata (PF) primaria di un combustibile configurata per sviluppare una radice (FR) di fiamma; almeno un secondo condotto (7) per l?adduzione di una portata (SF) secondaria del combustibile configurata per sviluppare una fiamma (MF) principale; almeno un terzo condotto (8) per l?adduzione di un comburente (OX); il primo elemento (5) di scarico tubolare essendo configurato per essere attraversato dal comburente (OX) ed ? dotato di una prima estremit? (9), configurata per essere installata all?esterno della camera (3) di combustione ed una seconda estremit? (10), opposta alla prima estremit?, configurata per essere installata all?interno della camera (3) di combustione;

il bruciatore (1) comprendendo inoltre un secondo elemento (11) di scarico tubolare estendentesi dalla seconda estremit? (10), dal lato opposto rispetto alla prima estremit? (9); ed un elemento di aspirazione, il quale ? configurato per portare almeno parte dei gas (G) presenti all?esterno del bruciatore (1) nel secondo elemento (11) di scarico tubolare e comprende almeno un?apertura (13) disposta tra il primo ed il secondo elemento (11) di scarico tubolare, la quale aspira i gas (G) presenti all?esterno del bruciatore (1) per effetto di una depressione generata in corrispondenza dell?elemento di aspirazione.

2. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 1 e configurato per generare un?accelerazione del comburente (OX) in corrispondenza dell?elemento di aspirazione.

3. Bruciatore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti e comprendente un elemento (14) di suddivisione del comburente (OX) configurato per partizionare il comburente (OX) in una sezione (OX?) primaria, da miscelarsi con detta portata (PF) primaria, ed una sezione (OX??) secondaria, da miscelarsi con detta portata (SF) secondaria.

4. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 3 e configurato per generare un?accelerazione della sezione (OX??) secondaria e/o della sezione (OX?) primaria; in particolare, per generare un?accelerazione della sezione (OX??) secondaria ed un rallentamento della sezione (OX?) primaria.

5. Bruciatore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti e comprendente un terminale (16) diffusore, collegato fluidicamente al primo condotto (6) per l?adduzione del combustibile e configurato per diffondere e far vorticare la portata (PF) primaria del combustibile; in particolare, il terminale (16) diffusore essendo solidale al primo elemento (5) di scarico tubolare; in particolare, il secondo elemento (11) di scarico tubolare essendo regolabile longitudinalmente in modo da allargare o restringere l?almeno un?apertura (13) dell?elemento di aspirazione; in particolare, il terminale (16) diffusore essendo regolabile longitudinalmente in modo da variare una separazione del comburente (OX).

6. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 5, in cui il terminale (16) diffusore comprende un disco (17) turbolatore disposto perpendicolarmente ad un asse (LA) longitudinale del bruciatore (1); il disco (17) turbolatore comprendendo una pluralit? di fenditure (18) e/o fori (19) passanti configurati per generare un moto vorticoso della portata (PF) primaria.

7. Bruciatore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il secondo elemento (11) di scarico tubolare ? solidalmente connesso al primo elemento (5) di scarico tubolare ed ? sostanzialmente coassiale al primo elemento (5) di scarico tubolare.

8. Bruciatore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui l?elemento (12) di aspirazione presenta almeno una strozzatura (20) disposta in corrispondenza della seconda estremit?; in cui la strozzatura (20) presenta almeno un tratto di forma troncoconica, delimitata da una base maggiore ed una base minore; il secondo elemento (11) di scarico tubolare presenta una prima estremit? (21) aperta, rivolta verso l?elemento di aspirazione, ed una seconda estremit? (22) aperta rivolta verso l?interno della camera (3) di combustione.

9. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 8, in cui la strozzatura (20) comprende un primo tratto (TT?) di forma troncoconica, estendentesi, lungo una direzione (FD) di flusso, radialmente verso un asse (LA) longitudinale centrale del bruciatore (1), in particolare la cui base maggiore coincide con la seconda estremit? del primo elemento (5) di scarico tubolare, ed un secondo tratto (TT??) di forma troncoconica estendentesi, lungo la direzione (FD) di flusso, radialmente dall?asse (LA) longitudinale centrale del bruciatore (1).

10. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 9, in cui il primo tratto (TT?) di forma troncoconica ? disposto esternamente radiale rispetto al secondo tratto (TT??) di forma troncoconica.

11. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui il primo tratto (TT?) di forma troncoconica ed il secondo tratto (TT??) di forma troncoconica sono almeno parzialmente sfalsati lungo la direzione (FD) di flusso.

12. Bruciatore (1) secondo la rivendicazione 11, in cui il primo tratto (TT?) di forma troncoconica ? disposto almeno parzialmente a valle rispetto al secondo tratto (TT??) di forma troncoconica lungo la direzione (FD) di flusso.

13. Bruciatore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo condotto (6) per l?adduzione della portata (PF) primaria del combustibile ? disposto in posizione centrale lungo un asse di longitudinale del bruciatore (1); ed in cui il secondo condotto (7) per l?adduzione della portata (SF) secondaria del combustibile ? disposto concentricamente all?esterno rispetto al primo condotto (6); in particolare, il bruciatore (1) comprende una pluralit? di secondi condotti disposti radialmente rispetto all?almeno un primo condotto (6).

14. Bruciatore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 ad 13, in cui l?almeno un secondo condotto (7) ? disposto in modo da attraversare un primo spazio (S?) compreso tra il primo elemento (5) di scarico tubolare e l?elemento (14) di suddivisione del comburente (OX); in particolare, l?almeno un secondo condotto (7) ? disposto in modo da passare almeno parzialmente anche in un secondo spazio (S??) compreso tra il secondo elemento (11) di scarico tubolare e l?elemento (14) di suddivisione del comburente (OX).

15. Apparato per il riscaldamento di un fluido comprendente una camera (3) di combustione ed un bruciatore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti; in cui il bruciatore (1) ? disposto in modo che l?elemento (12) di aspirazione si trovi all?interno della camera (3) di combustione e porti almeno parte dei gas (G) presenti all?interno della camera (3) di combustione a transitare attraverso il secondo elemento (11) di scarico tubolare.