ITMO970077A1 - Bruciatore per combustibili gassosi - Google Patents

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Description

Descrizione di invenzione industriale
L'invenzione concerne un bruciatore per combustibili gassosi, con basse emissioni di NOx e CO, in particolare un bruciatore alimentato con miscela iperstechiometrica, cioè con una quantità di aria primaria superiore al valore stechiometrico.
La miscela iperstechiometrica consente di abbassare la temperatura della fiamma riducendo così la quantità di NOx che si forma durante la combustione.
I bruciatori alimentati con miscela iperstechiometrica presentano il problema della stabilità della fiamma, che tende a spegnersi ad intermittenza e quindi a distaccarsi dalla superficie del bruciatore, con conseguente insoddisfacente funzionamento del bruciatore stesso, emissione di incombusti ed elevata quantità di CO nei fumi prodotti dalla combustione.
L'instabilità della fiamma é tanto maggiore, quanto maggiore é il rapporto tra l'aria e il combustibile nella miscela aria-combustibile che viene bruciata dal bruciatore.
II problema può essere aggravato da eventuale presenza di aria o azoto nel gas con il quale é alimentato il bruciatore e dalle condizioni ambientali di pressione e umidità dell'aria che viene miscelata al combustibile' gassoso.
Nello stato della tecnica si é. cercato di ovviare a questo inconveniente distribuendo, sul diffusore del bruciatore, le aperture di fuoriuscita della miscela aria-combustibile, in forma di feritoie, in file parallele, continue o interrotte, separate da una zona priva di feritoie, nella quale, durante la combustione, si crea una depressione e una temperatura più alta che nel resto del diffusore, che contrastano il fenomeno dello spegnimento e del conseguente distacco delle fiamme dalla superficie del diffusore.
Tuttavia, l'aria secondaria che lambisce le fiamme tende a raffreddarle e a diluire ulteriormente la miscela aria-combustibile gassoso uscente dalle feritoie, con la conseguenza che, per alti valori del tasso di aerazione primaria, il fenomeno dell'instabilità della fiamma si verifica ugualmente, non consentendo quindi di ridurre oltre un certo limite il tasso di NOx nei prodotti della combustione.
Scopo della presente invenzione é quello di ottenere un bruciatore nel quale il tasso di NOx nei prodotti della combustione risulti molto basso, mantenendo stabile la fiamma.
L'invenzione risolve il suddetto problema tecnico adottando un bruciatore, alimentato a miscela iperstechiometrica, comprendente un diffusore sul quale sono praticate file parallele, continue o interrotte, di aperture in forma di feritoie, dette file essendo separate una dall'altra da una zona intermedia di diffusore di larghezza sostanzialmente costante, caratterizzato dal fatto che detta zona intermedia di diffusore é dotata di una pluralità di ulteriori aperture per il passaggio della miscela aria-gas combustibile. Dette ulteriori aperture possono essere disposte in una o più file continue o interrotte parallele alla linea di mezzeria di detta zona intermedia di diffusore. Dette ulteriori aperture possono avere forma di ulteriori feritoie, disposte perpendicolarmente, o comunque inclinate rispetto a dette feritoie. Dette ulteriori feritoie possono essere disposte parallelamente alla linea di mezzeria d di detta zona intermedia di diffusore, o anche inclinate rispetto ad essa, e possono avere andamento rettilineo o anche curvilineo.
Questo accorgimento ha il vantaggio di creare, in detta zona intermedia di diffusore, delle fiamme ausiliarie tra le fiamme principali prodotte da due file adiacenti di feritoie che riscaldano le parti delle fiamme principali rivolte verso detta zona intermedia contrastando il fenomeno dello spegnimento delle fiamme principali e, quindi della loro instabilità.
In una versione vantaggiosa della presente invenzione, dette ulteriori aperture sono conformate in modo che la velocità della miscela ariacombustìbile gassoso fuoriuscente da esse sia inferiore alla velocità della miscela fuoriuscente da dette feritoie.
Questo accorgimento ha il vantaggio di generare delle fiamme ausiliarie molto stabili, che agiscono da ancoraggio per le fiamme principali. In un'ulteriore versione vantaggiosa della presente invenzione, la portata di miscela aria-combustibile gassoso attraverso dette aperture di detta zona intermedia di diffusore é inferiore alla portata di miscela che esce da dette feritoie: ciò potendo essere ottenuto con una superficie totale di dette aperture sostanzialmente minore della superficie totale di dette feritoie, o conformando le aperture in modo che la miscela subisca forti perdite di carico nell'attraversarle.
Questo accorgimento ha il vantaggio che il flusso di miscela aria-combustibile gassoso che fuoriesce dalle aperture di detta zona intermedia di diffusore non influenza in modo significativo la struttura della fiamma che sì forma su dette file di feritoie.
In un'ulteriore versione vantaggiosa della presente invenzione detta zona intermedia di diffusore comprende un materiale resistente al calore che possa raggiungere, senza danneggiarsi, una temperatura più alta del resto del diffusore.
Questo accorgimento comporta il vantaggio che la miscela aria-gas combustibile uscente da dette aperture viene riscaldata dal calore accumulato da detta zona intermedia di diffusore, il che determina un aumento della velocità di combustione della miscela consentendo di ottenere una fiamma ausiliaria estremamente stabili, che agiscono da ancoraggio per le fiamme principali.
In un'ulteriore versione vantaggiosa della presente invenzione, detto materiale resistente al calore ha struttura porosa o spugnosa, che consente il passaggio attraverso di esso di detta miscela aria-combustibile gassoso, detto materiale a struttura porosa o spugnosa potendo essere un materiale ceramico:
Questo accorgimento comporta il vantaggio di ottenere contemporaneamente il riscaldamento della miscela aria-combustibile gassoso uscente da dette ulteriori aperture e di rallentarne la velocità.
In un'ulteriore versione vantaggiosa detto materiale a struttura porosa, o spugnosa é inserito in una sede ricavata in detta zona intermedia di diffusore.
Ciò comporta il vantaggio di poter sostituire rapidamente e. semplicemente detto materiale, ove ciò si rendesse necessario.
In un’ulteriore versione vantaggiosa, detto materiale resistente al calore ha una struttura a rete.
Ciò comporta il vantaggio che le deformazioni termiche indotte in detto materiale non comportano la trasmissione di sollecitazioni meccaniche rilevanti al resto del bruciatore.
L'invenzione sarà ora descritta dettagliatamente nel seguito con riferimento alle tavole di disegno allegate che ne illustrano alcuni modi di attuazione, nelle quali:
la figura 1 é una vista dall'alto del diffusore di un bruciatore secondo lo stato della tecnica, alimentato con miscela aria-combustibile gassoso iperstechiometrica, dotato di due file continue parallele di feritoie;
la figura 2 ó una sezione di figura 1 lungo la linea ll-ll;
la figura 3 é una vista come quella di figura 1, relativa peraltro ad un bruciatore secondo il trovato, con una fila di aperture ausiliarie in forma di feritoie nella zona intermedia tra le due file di feritoie;
la figura 4 é una sezione della figura 3 lungo la linea IV-IV;
la figura 5 é una vista come quella di figura 4, ma con due file di aperture ausiliarie nella zona intermedia tra le due file di feritoie;
la figura 6 è una vista come quella di figura 4, ma con tre file di aperture ausiliarie nella zona intermedia tra le due file di feritoie;
la figura 7 é una vista di un bruciatore secondo il trovato con quattro file di feritoie, separate l'una dall'altra da rispettive zone intermedie dotate ciascuna di una fila di aperture ausiliarie;
la figura 8 é una vista di un bruciatore secondo il trovato dotato di due file interrotte di feritoie, con una fila interrotta di aperture ausiliarie nella zona intermedia tra le due file di feritoie;
la figura 9 é una vista interrotta di un bruciatore secondo il trovato dotato di due file di feritoie inclinate con una fila di aperture ausiliarie nella zona intermedia tra le due file di feritoie;
la figura 10 é una vista di un bruciatore come quello di figura 9, dotato di due file di feritoie, con una fila di aperture ausiliarie, in forma di feritoie inclinate nello stesso senso, nella zona intermedia tra le due file di feritoie;
la figura 11 é una vista come quella di figura 10, ma con le aperture ausiliarie in forma di feritoie inclinate alternativamente in versi opposti;
la figura 12 é una vista di un bruciatore secondò il trovato dotato di due file interrotte e sfalsate di feritoie, con due file continue di aperture ausiliarie nella zona intermedia tra le due file di feritoie;
la figura 13 é una vista interrotta di un bruciatore secondo il trovato, con due file parallele di feritoie separate da una zona intermedia nella quale é ricavata una sede per un inserto di materiale poroso o spugnoso resistente al calore;
la figura 14 é una sezione della figura 13, lungo la linea XIV-XIV; la figura 15 é una sezione come quella di figura 14, relativa peraltro ad una diversa forma della sede per l'inserto di materiale poroso o spugnoso, ricavata in detta zona intermedia.
Con riferimento alle figure da 1 a 4 sono indicati: con 1 il diffusore di un bruciatore dotato sulla sua superficie di due file parallele continue 2 e 2a di aperture 3 in forma di feritoie, dalle quali fuoriesce una miscela di aria-combustibile gassoso che forma una coppia di fiamme 21, ad esempio lamellari. Le file 2 e 2a sono separate da una zona intermedia 10 nella quale sono praticate (figura 2) delle ulteriori aperture 5, in forma di feritoie, disposte in una fila continua 4. le ulteriori feritoie 5 sono disposte parallelamente alla linea mediana di detta zona intermedia e sono sostanzialmente perpendicolari alle feritoie 3 di dette file parallele 2, 2a. La miscela aria-combustibile gassoso fuoriuscente da dette aperture ausiliarie 5 genera una fiamma ausiliaria 22 che funge da ancoraggio delle fiamme 21 sulla superficie del diffusore, garantendo la stabilità di dette fiamme anche con un tasso di aerazione molto elevato.
Nella figura 5 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore nel quale, nella zona intermedia 10, é praticata una doppia fila 6 di aperture 5 in forma di feritoie, disposte parallelamente alla linea mediana di detta zona intermedia e sostanzialmente perpendicolari alle feritoie 3.
Nella figura 6 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore nel quale, nella zona intermedia 10, é praticata una tripla fila 7 di aperture 5 in forma di feritoie, disposte parallelamente alla linea mediana di detta zona intermedia e sostanzialmente perpendicolari alle feritoie 3.
Nella figura 7 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore dotato di quattro file continue 2, 2a, 2b, 2c, tra loro parallele, di feritoie 3. Le file adiacenti sono separate tra loro da rispettive zone intermedie 10, 10a, 10b, in ciascuna delle quali é praticata una rispettiva fila continua 4, 4a, 4b di dette ulteriori aperture 5.
Nella figura 8 é illustrato un diffusore 1 di bruciatóre dotato di due file parallele interrotte 8, 8a di feritoie 3, separate da detta zona intermedia 10 nella quale é praticata una fila interrotta 9 di ulteriori aperture 5 in forma di feritoie. Le feritoie 3 risultano cosi raggruppate in gruppi 24 costituiti ciascuno da due file parallele di feritoie. Una feritoia di estremità 11 di ciascun gruppo può essere di dimensioni maggiori delle feritoie 3 in modo da estendersi per l'intera larghezza delle due file di feritoie e della zona intermedia 10.
Nella figura 9 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore analogo a quello della figura 3, nel quale le file di feritoie 12, 12a sono costituite da feritoie 13 non perpendicolari alle feritoie ausiliarie 5.
Nella figura 10 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore, analogo a quello della figura 3, nel quale, in detta zona intermedia 10 é praticata una fila 15 di aperture ausiliarie 14 in forma di feritoie tutte inclinate nello stesso senso rispetto alla linea mediana della zona intermedia 10.
Nella figura 11 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore, analogo a quello della figura 3, nel quale, in detta zona intermedia 10 é praticata una fila 16 di aperture ausiliarie 17 in forma di feritoie inclinate alternativamente in versi opposti rispetto alla linea mediana della zona intermedia 10. Nella figura 12 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore dotato di due file 25, 25a parallele, interrotte e sfalsate di feritoie 3, separate da detta zona intermedia 10 nella quale é praticata una doppia fila 6 di ulteriori aperture 5 in forma di feritoie parallele alla linea mediana della zona intermedia.
Nelle figure da 13 a 15 é illustrato un diffusore 1 di bruciatore dotato di due file 2, 2a parallele e continue di feritoie 3 separate da detta zona intermedia 10 nella quale é praticata una sede 19, 23, all'interno della quale può essere inserito un inserto 20 di materiale poroso o spugnoso, resistente al calore, ad esempio un materiale ceramico, atto a consentire il passaggio, attraverso di esso della miscela aria-combustibile gassoso, fuoriuscente da aperture di passaggio 18 praticate sul fondo di detta sede 19, 23. Detto inserto 20 potendo inoltre essere realizzato con un materiale con struttura reticolare.
La zona intermedia 10 stessa può essere realizzata in materiale resistente al calore, ad esempio un materiale ceramico, detto materiale potendo avere una struttura reticolare.
L'utilizzo di detto materiale resistente al calore consente di riscaldare la miscela aria-combustibile gassoso uscente dalle aperture praticate in detta zona intermedia, il che determina un aumento della velocità di combustione della miscela consentendo di ottenere una fiamma ausiliaria 22 estremamente stabile, che agisce da ancoraggio per le fiamme principali 21.
L'utilizzo di una materiale poroso o spugnoso consente di rallentare la velocità della miscela aria-combustibile gassoso che passa attraverso detto materiale fuoriuscendo dalle aperture di passaggio 18 e che genera fa fiamma ausiliaria 22, evitando così che venga influenzata in modo significativo la struttura delle fiamme 21.
Nell'attuazione pratica, i materiali, le dimensioni, i particolari esecutivi potranno essere diversi da quelli indicati, ma ad essi tecnicamente equivalenti senza per questo uscire dal dominio giuridico della presente invenzione

Claims (21)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Bruciatore, alimentato con miscela iperstechiometrica di aria e combustibile gassoso, comprendente un diffusore (1) sul quale sono praticate file parallele (2, 2a, 2b, 2c, 8, 8a, 25, 25a) di aperture (3, 13), dette file (2, 2a, 2b, 2c, 8, 8a, 25, 25a) essendo separate una dall'altra da una zona intermedia (10) di diffusore di larghezza sostanzialmente costante, caratterizzato dal fatto che detta zona intermedia (10) di diffusore é dotata di una pluralità di ulteriori aperture (5, 14, 17, 18) per il passaggio della miscela aria-gas combustibile.
  2. 2. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette file (2, 2a, 2b, 2c) di aperture (3, 13) sono continue.
  3. 3. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette file (8, 8a, 25, 25a) di aperture (3, 13) sono interrotte.
  4. 4. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che dette aperture hanno forma di feritoie (3, 13).
  5. 5. Bruciatore secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che dette feritoie (3) sono disposte sostanzialmente perpendicolari alla linea mediana di detta zona intermedia (10).
  6. 6. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori aperture hanno forma di feritoie (5, 14, 17, 18).
  7. 7. Bruciatore secondo la rivendicazione 1 oppure 6, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori aperture (5, 14, 17, 18) sono disposte in almeno una fila (4, 4a, 4b, 6, 7, 9, 15, 16) parallela alla linea di mezzeria di detta zona intermedia (10).
  8. 8. Bruciatore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta almeno una fila é una fila continua (4, 4a, 4b, 6, 7, 15, 16).
  9. 9. Bruciatore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta almeno una fila é una fila interrotta (9, 15, 16).
  10. 10. Bruciatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori aperture (5, 14, 17, 18) sono disposte parallelamente alla linea di mezzeria di detta zona intermedia.
  11. 11. Bruciatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori aperture {5, 14, 17, 18) hanno andamento rettilineo.
  12. 12. Bruciatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori aperture (5, 14, 17, 18) hanno andamento curvilineo.
  13. 13. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la portata totale di miscela aria-combustibile gassoso fuoriuscente da dette ulteriori aperture aperture (5, 14, 17, 18) é minore della portata di miscela fuoriuscente da dette aperture (3, 13).
  14. 14. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette ulteriori aperture (5, 14, 17, 18) sono conformate in modo che la velocità della miscela aria-combustibile gassoso fuoriuscente da esse sia inferiore alla velocità della miscela fuoriuscente da dette aperture (3, 13).
  15. 15. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la superficie totale di dette ulteriori aperture (5, 14, 17, 18) é minore della superficie totale di dette aperture (3, 13).
  16. 16. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta zona intermedia (10) di diffusore comprende un materiale resistente al calore.
  17. 17. Bruciatore secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che, detto materiale resistente al calore ha struttura porosa o spugnosa, che consente il passaggio attraverso di esso di detta miscela ariacombustibile gassoso.
  18. 18. Bruciatore secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che, detto materiale resistente al calore ha una struttura reticolare.
  19. 19. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni da 16 a 18, caratterizzato dal fatto che detto materiale resistente al calore é un materiale ceramico.
  20. 20. Bruciatore secondo una delle rivendicazioni da 16 a 19, caratterizzato dal fatto, che detto materiale resistente al calore é inserito in una sede (19, 23) ricavata in detta zona intermedia (10) di diffusore.
  21. 21. Bruciatore, secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto materiale resistente al calore é dotato di aperture per il passaggio della miscela aria-combustibile gassoso.
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