NL8901416A

NL8901416A - BURNER FOR PULSE BURNING.

Info

Publication number: NL8901416A
Application number: NL8901416A
Authority: NL
Original assignee: Stichting Impuls
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1991-01-02
Also published as: DE69015328T2; EP0429615B1; WO1990015286A1; DE69015328D1; DK0429615T3; EP0429615A1; ES2065534T3; ATE116051T1

Abstract

Burner having a combustion chamber (A) which is connected at the inlet side with a supply tube (B) for combustion air and a supply tube (1) for fuel and at the outlet side with one or more exhaust tubes for the flue gasses, which inlet tubes are arranged one into the other, in such a way that between these inlet tubes an annular space is present. The inner tube is movable in axial direction with respect to the outer tube and has a widened part (2) at the side facing the combustion chamber. This part comprises a collar (3) contacting the inside of the outer tube. Openings (4) are provided in the wall of the widened part or the collar for feeding medium present in the annular space between the tubes to the combustion chamber. In the space between the inner and the outer tube a disc (12) provided with openings may be installed which disc is axially movable whereby the openings may be fitted with back pressure valves. In the widened part of the inner tube another disc (5) is axially movable and is provided with supply openings and/or back pressure valves and a spark plug (14). Adjustment of the position of the inner tube and/or of the discs permits optimizing the resonance of the system.

Description

Brander voor pulserende verbranding.Burner for pulsating combustion.

De uitvinding heeft betrekking op een brander voor pulserende verbranding met een explosiekamer die aan de inlaatzijde in verbinding staat met een toevoerbuis voor de verbrandingslucht en een toevoerbuis voor brandstof en aan de uitlaatzijde met een of meer afvoerbuizen voor de verbrandingsgassen, zoals bekend is uit het Europese Octrooischrift 157.372.The invention relates to a burner for pulsating combustion with an explosion chamber which communicates on the inlet side with a supply tube for the combustion air and a supply tube for fuel and on the outlet side with one or more exhaust pipes for the combustion gases, as is known from European Patent 157,372.

Bij een dergelijke brander zijn de explosiekamer, samen met de als resonantiebuis dienende aan- en afvoerbuizen zodanig gedimensioneerd, dat de frequentie van de periodieke ontbrandingen van het brandbare mengsel in de explosiekamer overeenkomt met de natuurlijke frequentie van de gasmassa in deze buizen en de explosiekamer. Door de inertie van de in de afvoerbuis stromende gassen ontstaat na de verbranding in de explosiekamer een onderdruk, waardoor enerzijds brandstof en lucht wordt aangezogen en anderzijds hete verbrandingsgassen naar de explosiekamer terugstromen waardoor het toegestroomde brandbare mengsel zal ontsteken. Hierdoor ontstaat een cyclisch proces, dat pulseert met een frequentie die in hoofdzaak afhangt van de afmetingen van de explosiekamer, de aan- en afvoerbuizen en van de brandstof.In such a burner, the explosion chamber, together with the supply and discharge tubes serving as resonance tubes, are dimensioned such that the frequency of the periodic ignitions of the combustible mixture in the explosion chamber corresponds to the natural frequency of the gas mass in these tubes and the explosion chamber. Due to the inertia of the gases flowing in the discharge pipe, a negative pressure is created after combustion in the explosion chamber, whereby on the one hand fuel and air are drawn in and, on the other hand, hot combustion gases flow back to the explosion chamber, which will ignite the inflowed combustible mixture. This creates a cyclical process, which pulses with a frequency that depends mainly on the dimensions of the explosion chamber, the supply and discharge pipes and the fuel.

Dergelijke inrichtingen worden toegepast voor verwarming, drogen, indampen, aandrijving van gasturbines, enz. en hebben als voordeel een hoge warmteoverdrachtscoëfficient, waardoor de inrichting compact kan worden uitgevoerd terwijl een praktisch volledige verbranding bij een luchtfactor van 1 met vrijwel geen uitstoot van CO en een zeer geringe vorming van NOk wordt verkregen.Such devices are used for heating, drying, evaporation, driving gas turbines, etc. and have the advantage of a high heat transfer coefficient, so that the device can be made compact while practically complete combustion at an air factor of 1 with virtually no emission of CO and a very little NOk formation is obtained.

Voor een goed functioneren van een brander moeten de volumes van de explosiekamer de toevoerbuizen, de lengte en inhoud van de afvoerbuis(zen) zodanig gedimensioneerd zijn, dat de gewenste resonantie optreedt, hetgeen proefondervindelijk moet worden bepaald. Voordat een nieuw ontworpen pulserende brander bevredigend funktioneert moeten derhalve veel "try and error" werkzaamheden worden verricht, hetgeen vaak met ingrijpende constructieve veranderingen gepaard gaat, wat veel tijdverlies en hoge kosten tot gevolg heeft.For a burner to function properly, the volumes of the blast chamber, the supply tubes, the length and volume of the discharge tube (s) must be dimensioned such that the desired resonance occurs, which must be determined experimentally. Therefore, before a newly designed pulsating burner functions satisfactorily, a lot of "try and error" work has to be done, which often involves major structural changes, resulting in much time loss and high costs.

De uitvinding heeft ten doel een brander voor pulserende verbranding te verschaffen, welke op zeer eenvoudige wijze zodanig aan de omstandigheden kan worden aangepast dat in bedrijf de gewenste resonantie optreedt, zonder dat in de constructie van de brander behoeft te worden ingegrepen.The object of the invention is to provide a burner for pulsating combustion, which can be adapted in a very simple manner to the circumstances in such a way that the desired resonance occurs during operation, without intervention in the construction of the burner.

Dit is verkregen doordat volgens de uitvinding de toevoerbuizen zodanig in elkaar zijn aangebracht, dat tussen deze buizen een ruimte aanwezig is, waarbij de binnenste buis in axiale richting verplaatsbaar is ten opzichte van de buitenste buis en aan het naar de explosiekamer toegekeerde uiteinde voorzien is van een verwijding, die aan of nabij het uiteinde met een kraag tegen het binnenoppervlak van de buitenste buis aanligt en voorzien is van openingen in de wand en/of de kraag voor het toevoeren van het in de tussenruimte aanwezige medium naar de explosiekamer.This is obtained because according to the invention the supply tubes are arranged in such a way that there is a space between these tubes, wherein the inner tube is axially displaceable relative to the outer tube and is provided at the end facing the explosion chamber a flare which abuts at or near the end with a collar against the inner surface of the outer tube and is provided with openings in the wall and / or the collar for supplying the medium contained in the interspace to the blast chamber.

Door deze constructie kan het volume van de explosiekamer, zelfs tijdens bedrijf, worden veranderd. De brander kan nu na zijn montage en tijdens bedrijf optimaal in resonantie worden gebracht en naar frequentie, vermogen, samenstelling van het uitlaatgas en soort brandstof zo efficiënt moge lijk worden ingesteld zonder dat wijzigingen in de constructie behoeven te worden aangebracht. Verder zijn de bewegende en/of aan slijtage onderhevige delen van de brander, zoals bougie en eventuele kleppen voor lucht en/of brandstof, voor onderhoud of inspectie beter toegankelijk, doordat zij alle gezamelijk in één beweging uit het brandersysteem kunnen worden genomen.This construction allows the volume of the blast chamber to be changed even during operation. The burner can now be optimally brought into resonance after its assembly and during operation and adjusted as efficiently as possible according to frequency, power, composition of the exhaust gas and type of fuel without changes to the construction being required. Furthermore, the moving and / or wearing parts of the burner, such as the spark plug and any valves for air and / or fuel, are more accessible for maintenance or inspection, because they can all be removed from the burner system in one movement.

Waneer de resonantie van de brander door het verplaatsen van de branderkop wordt ingesteld, verandert tevens het volume van de zich tussen beide toevoerbuizen bevindende voorkamer. Dit kan de verhouding lucht/brandstof in de explosiekamer beïnvloeden. Met het oog hierop is bij een voorkeursuitvoering van de uitvinding een van doorlaatopeningen voorziene schijf in axiale richting verplaatsbaar in de ruimte tussen beide buizen aangebracht, zodat ook het volume van deze ruimte ( voorkamer ) kan worden ingesteld. Door deze instelling is het mogelijk de verhouding tussen de verbrandingslucht en de brandstof bij te stellen en daardoor een zo efficiënt moge lijke verbranding te verkrijgen. In de doorlaatopeningen van de schijf kunnen terugslagkleppen zijn aangebracht, zodat de bij ontbranding in de explosiekamer optredende drukverhoging zich in de voorkamer niet tot voorbij de schijf kan voortplanten. In de verwijding van de binnenste buis kan eveneens een in axiale richting verstelbare, van doorlaatopeningen voorziene schijf zijn aangebracht, met een zelfde funktie als de hierboven genoemde schijf. Deze schijf is bevestigd aan een in de binnenste buis ondergebrachte verstelstang en kan ook voorzien zijn van terugslagkleppen. Voorts wordt door deze schijf enerzijds een regelmatige verdeling van het door de binnenste buis toegevoerde medium in de explosiekamer verkregen en kan anderzijds op de schijf de bougie of het gloei lichaam worden aangebracht, waarbij door de binnenste buis de leidingen voor het aanleggen van een elektrische spanning kunnen worden ondergebracht.When the resonance of the burner is adjusted by moving the burner head, the volume of the pre-chamber located between the two supply pipes also changes. This can affect the air / fuel ratio in the blast chamber. In view of this, in a preferred embodiment of the invention, a disc provided with passage openings is arranged axially displaceable in the space between the two tubes, so that the volume of this space (antechamber) can also be adjusted. This setting makes it possible to adjust the combustion air to fuel ratio and thereby achieve the most efficient combustion possible. Non-return valves may be provided in the passage openings of the disc, so that the pressure increase occurring in the explosion chamber in combustion cannot propagate beyond the disc in the pre-chamber. In the widening of the inner tube, an axially adjustable, apertured disc may also be provided, having the same function as the above-mentioned disc. This disc is attached to an adjusting rod housed in the inner tube and may also be provided with check valves. Furthermore, on the one hand, this disc produces a regular distribution of the medium supplied by the inner tube in the explosion chamber and, on the other hand, the spark plug or the annealing body can be applied to the disc, the conduits for applying an electric voltage through the inner tube. can be accommodated.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van het in een tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, waarin een langs-doorsnede van een brander volgens de uitvinding is getoond.The invention is further elucidated on the basis of the exemplary embodiment shown in a drawing, in which a longitudinal section of a burner according to the invention is shown.

De brander bevat een explosiekamer A die deel uitmaakt van luchttoevoerbuis B maar daarvan is gescheiden door de brander-kop C. In de luchttoevoerbuis bevindt zich de luchtklepsectie E, zodanig dat tussen deze sectie en de branderkop een voorkamer D aanwezig is. De branderkop C bestaat uit een toevoerbuis 1 voor brandstof die aan het naar de explosiekamer toegekeerde uiteinde voorzien is van een verwijding 2.The burner contains an explosion chamber A which forms part of the air supply pipe B but is separated from it by the burner head C. The air supply pipe contains the air valve section E, such that a pre-chamber D is present between this section and the burner head. The burner head C consists of a fuel supply tube 1 which is provided with a widening 2 at the end facing the explosion chamber.

De verwijding is voorzien van een radiaal naar buiten gerichte kraag 3 die verschuifbaar tegen het binnenoppervlak van de luchttoevoerbuis B aanligt. In de omtrekswand van de verwijding zijn openingen 4 aangebracht voor het toe laten van de verbrandingslucht uit de voorkamer D naar de explosiekamer A. In de verwijding bevindt zich, door een niet in de tekening weer- gegeven ondersteuning ondersteund, een axiaal verstelbare schijf 5 voorzien van doorstroomopeningen 6 voor de toevoer van de brandstof. Verder is op deze schijf een bougie 14 voor het starten van de verbranding aangebracht, welke via door de buis 1 lopende geleidingsdraden 15 met een niet in de tekening getoonde spanningsbron is verbonden.The flare is provided with a radially outwardly directed collar 3 which slidably abuts the inner surface of the air supply tube B. Openings 4 are provided in the circumferential wall of the flare for admitting the combustion air from the pre-chamber D to the explosion chamber A. The flare contains an axially adjustable disc 5 supported by a support not shown in the drawing. of flow openings 6 for supplying the fuel. Furthermore, a spark plug 14 is provided on this disc for starting the combustion, which is connected via guide wires 15 passing through the tube 1 to a voltage source not shown in the drawing.

De luchtklepsectie E bestaat uit een drukstuk 7 en een pakking 8, een drukstuk 9, met een tussenstuk 10 en een pakking 11 en een schijf 12 met de luchtkleppen 13. De luchtklepsectie E kan met behulp van drukstuk 7 en pakking 8 afdichtend worden vastgeklemd op buis 1. De plaats van deze afdichting bepaalt het volume van voorkamer D. Doormiddel van drukstuk 9 tussenrang 10 en pakking 11 kan de schijf 12 afdichtend worden vastgeklemd in de luchttoevoerbuis B. De plaats van deze afdichting bepaalt het volume van de explosiekamer en daarmee het totale volume van het resonantiesysteem.The air valve section E consists of a pressure piece 7 and a gasket 8, a pressure piece 9, with an intermediate piece 10 and a gasket 11 and a disc 12 with the air valves 13. The air valve section E can be clamped in a sealing manner by means of pressure piece 7 and gasket 8. pipe 1. The location of this seal determines the volume of pre-chamber D. By means of gland 9 intermediate shaft 10 and gasket 11, the disc 12 can be clamped tightly in the air supply pipe B. The location of this seal determines the volume of the explosion chamber and thus the total volume of the resonance system.

Op deze wijze kan de verbrandingsinrichting van buiten af optimaal worden ingesteld zonder dat het nodig is constructieve maatregelen te nemen. Voor het uitvoeren van reparaties of inspecties kan de branderkop C met de schijf 5 en de bougie 14 en de klepsectie E als een geheel uit de buitenste buis B worden genomen.In this way, the combustion device can be optimally adjusted from the outside without the need for constructional measures. For carrying out repairs or inspections, the burner head C with the disc 5 and the spark plug 14 and the valve section E can be taken out of the outer tube B as a whole.

De uitvinding is niet tot het hierboven beschreven uitvoerings-voorbeeld beperkt. Zo kan de brandstof ook door de buitenste buis worden toegevoerd en de verbrandingslucht door de binnenhuis. Verder kunnen de schijven 5 en 12 in plaats van terugslag kleppen ook voorzien zijn van een aantal nauwe openïngen, die bij ontbranding van het mengsel in de explosiekamer voldoende weerstand bieden om de bij de ontbranding optredende drukver-hoging min of meer tot aan de schijven te begrenzen. Bij groter wordende openingen zal een steeds groter deel afgas van de voor gaande verbranding deel uitmaken van het nieuwe mengsel. Daardoor is een vermogens- maar ook en een NOx- reduktie moge lijk. De toevoeropeningen in de wand van de verwijding kunnen zowel in de bodem als in de omtrekswand van de verwijding worden aangebracht. De bougie of het gloei lichaam dient voor het starten van de verbranding. Waneer de temperatuur van het terugstromende of nog in de explosiekamer aanwezige gas hoog genoeg is om het hierin aanwezige brandbare mengsel te ontsteken, kan de stroomtoevoer naar de bougie of het gloei lichaam worden uitgeschakeld.The invention is not limited to the exemplary embodiment described above. In this way, the fuel can also be supplied through the outer tube and the combustion air through the inner tube. Furthermore, instead of non-return valves, the discs 5 and 12 can also be provided with a number of narrow openings, which, when the mixture is ignited in the explosion chamber, offer sufficient resistance to more or less the pressure increase occurring during the ignition up to the discs. limit. With larger openings, an increasing proportion of waste gas from the previous combustion will form part of the new mixture. As a result, a power but also an NOx reduction is possible. The feed openings in the wall of the flare can be provided both in the bottom and in the circumferential wall of the flare. The spark plug or the glow plug serves to start the combustion. When the temperature of the gas flowing back or still present in the blast chamber is high enough to ignite the flammable mixture contained therein, the power supply to the spark plug or glow plug may be turned off.

De beschreven inrichting wordt bij voorkeur met gasvormige of vloeibare brandstof bedreven, doch kan ook worden toegepast met ( poedervormige ) vaste brandstof. Het volume van de explosiekamer bedraagt bijvoorbeeld 500 cms bij een vermogen van ' 30 kWatt, maar in een explosiekamer van 0 40 x 300 cm kan ~ 10 MWatt opgewekt worden, terwij1 de frequentie van de ontbrandingen meestal tussen de 50 en 200 Hz ligt.The described device is preferably operated with gaseous or liquid fuel, but can also be used with (powdered) solid fuel. For example, the volume of the explosion chamber is 500 cms at a power of 30 kWatt, but in an explosion chamber of 40 x 300 cm ~ 10 MWatt can be generated, while the frequency of the ignitions is usually between 50 and 200 Hz.

Claims

1. Pulsed combustion burner with an explosion chamber which communicates on the inlet side with a combustion air supply tube and a fuel supply tube and is connected on the exhaust side to one or more combustion gas exhaust pipes, characterized in that the supply pipes are each other is arranged that a space is present between these tubes, the inner tube being displaceable in axial direction relative to the outer tube and provided with a flange at or near the end with a collar at the end facing the explosion chamber abuts the inner surface of the outer tube and is provided with openings in the wall or collar for supplying the medium contained in the space between the two tubes to the blast chamber.

Burner according to claim 1, characterized in that an apertured disc is arranged axially displaceable in the space between inner and outer tube.

Burner according to claim 1 or 2, characterized in that an axially adjustable disc is provided in the widening of the inner tube and is provided with passage openings and can be provided with a spark plug or glow plug.

Burner according to Claim 1 or 2 or 3, characterized in that non-return valves are arranged on or in the passage openings.

Burner according to Claim 3 or 4, characterized in that the inner supply tube houses the supply lines for applying an electrical voltage to the spark plug or the glow body.