NL9000883A

NL9000883A - CERAMIC BURNER.

Info

Publication number: NL9000883A
Application number: NL9000883A
Authority: NL
Original assignee: Dru Bv
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1991-11-01
Also published as: RU2042883C1; SI9110667A; JPH04225709A; YU66791A; FI911764A; HU911220D0; NO911413L; PL165631B1; LTIP1567A; DE69105588D1; HUT60027A; EP0451923A3; DK0451923T3; FI911764A0; ATE115260T1; CS104091A2; DE69105588T2; NO911413D0; EP0451923A2; ES2064881T3

Abstract

A burner (1) is provided, comprising a primary mixture supply conduit (2) and a primary mixture chamber (6) connected with the supply conduit (2), the primary mixture chamber (6) having primary discharge openings (7) for discharging burning mixture into the space surrounding the burner (1). The burner (1), which may be made of a ceramic material, which may be made of a ceramic material, further comprises flame stabilizing means arranged near the primary discharge openings (7). The flame stabilizing means may be vortex strips (14) separating areas (16) of discharge openings (7), or they may be secondary discharge openings (5), discharging burning mixture from a secondary mixture chamber (3) near the primary discharge openings (7). <IMAGE>

Description

Keramische brander.Ceramic burner.

De uitvinding heeft betrekking op een brander vervaardigd van een keramisch materiaal.The invention relates to a burner made of a ceramic material.

Keramische branders worden reeds veelvuldig toegepast voor verwarmingsdoeleinden. Deze branders vertonen ten opzichte van conventionele stalen branders een zeer schone verbranding. Met name de uitstoot van stikstofoxide (NOx) wordt bij toepassing van een keramische brander sterk gereduceerd. Dit is een gevolg van de isolerende werking van het keramische materiaal, waardoor een relatief lage verbran-dingstemperatuur gehandhaafd blijft. Het handhaven van een lage verbrandingstemperatuur, in de grootte-orde van 1000-1100eC, is van belang omdat bij verbranding bij een zodanig lage temperatuur minder stikstofoxide gevormd wordt dan bij hogere verbrandingstemperaturen. De isolerende werking van het keramisch materiaal heeft verder tot gevolg, dat het gas-luchtmengsel in de toevoerleiding van de brander niet voorverwarmd wordt. Dit is van belang, omdat bij voorverwar-ming al in de toevoerleiding dissociatie van het mengsel, en derhalve vorming van stikstofoxide plaats heeft.Ceramic burners are already widely used for heating purposes. These burners have a very clean combustion compared to conventional steel burners. In particular, the emission of nitrogen oxide (NOx) is greatly reduced when a ceramic burner is used. This is due to the insulating effect of the ceramic material, which maintains a relatively low combustion temperature. Maintaining a low combustion temperature, on the order of 1000-1100eC, is important because burning at such a low temperature produces less nitrogen oxide than at higher combustion temperatures. The insulating effect of the ceramic material also means that the gas-air mixture in the supply line of the burner is not preheated. This is important, because preheating already causes dissociation of the mixture in the feed line, and therefore formation of nitric oxide.

Keramische branders hebben echter als nadeel dat zij slechts binnen een klein belastingsgebied regelbaar zijn. Vooral bij toepassing van keramische branders voor verwarmingsdoeleinden is dit een groot bezwaar, omdat daar een goede regelbaarheid over een groot gebied van deelbelastin-gen noodzakelijk is. Bij toepassing in verwarmingsinstalla-ties moeten bekende keramische branders voor het binnen een bepaald bereik handhaven van een temperatuur met grote regelmaat in- en uitgeschakeld worden. Dit heeft niet alleen een beperking van het comfort voor de gebruiker tot gevolg, maar resulteert ook in snelle slijtage van de verwarmingsinstallatie. Bovendien komen bij het inschakelen van de brander telkens voor mens en milieu schadelijke stoffen vrij.The drawback of ceramic burners, however, is that they are only adjustable within a small load range. This is a great drawback, especially when ceramic burners are used for heating purposes, because good controllability is necessary there over a wide range of partial loads. When used in heating systems, known ceramic burners must be switched on and off with great frequency for maintaining a temperature within a certain range. This not only results in a restriction of comfort for the user, but also results in rapid wear of the heating system. In addition, when the burner is switched on, harmful substances are released for people and the environment.

De onderhavige uitvinding beoogt derhalve te voor- zien in een keramische brander met een t.o.v. bekende branders verbeterde regelbaarheid, waarin bovendien over het totale belastingsgebied een relatief lage verbrandingstempe-ratuur gehandhaafd wordt. Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door een keramische brander omvattende: een primai re leiding voor het toevoeren van een mengsel van brandbaar gas en lucht; ten minste één primaire mengselkamer, welke ten minste één met de primaire mengseltoevoerleiding verbonden instroomopening vertoont, de doorsnede waarvan van dezelfde grootte-orde is als die van de primaire mengseltoevoerleiding, alsmede ten minste één primaire uitstroomope-ning, welke uitmondt in de de brander omringende ruimte, en de doorsnede waarvan klein is t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding; en ten minste één secondaire mengselkamer, welke over ten minste één secondaire mengseltoevoerleiding verbonden is met de primaire mengseltoevoerleiding, en over ten minste één in de nabijheid van de primaire uitstroomopening uitmondende secondaire uitstroom-opening verbonden is met de de brander omringende ruimte, waarbij de doorsnede van de secondaire mengseltoevoerleiding en van de secondaire uitstroomopening klein zijn t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding. Door naast een primaire mengselkamer ook een secondaire mengselkamer toe te passen, waarvan de uitstroomopening in de nabijheid van die van de primaire mengselkamer gelegen is, kan over een groot belastingbereik een stabiele verbranding in stand gehouden worden, welke ook buiten de brander plaats kan hebben. Door de t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding kleine doorsnede van de primaire uitstroomopening ontstaat daarin bij grote belastingen een hoge stromingssnelheid van het te verbranden mengsel. Hierdoor vormt zich een waaiervormig vlamfront, met een grote oppervlakte waardoor de verbrandingstemperatuur relatief laag blijft, en de verbranding derhalve schoon.It is therefore an object of the present invention to provide a ceramic burner with an improved controllability compared to known burners, in which, moreover, a relatively low combustion temperature is maintained over the entire load range. This is achieved according to the invention by a ceramic burner comprising: a primary conduit for supplying a mixture of combustible gas and air; at least one primary mixture chamber, which has at least one inlet opening connected to the primary mixture feed line, the cross section of which is of the same order of magnitude as that of the primary mixture supply line, and at least one primary outlet opening, which opens into the surrounding the burner space, and the cross section of which is small relative to the cross section of the primary mixture supply line; and at least one secondary mixture chamber, which is connected to the primary mixture supply line via at least one secondary mixture supply line, and is connected to the space surrounding the burner via at least one secondary discharge opening opening out in the vicinity of the primary discharge opening. of the secondary mixture supply line and of the secondary outlet opening are small compared to the diameter of the primary mixture supply line. By using a secondary mixing chamber in addition to a primary mixing chamber, the outflow opening of which is located in the vicinity of that of the primary mixing chamber, a stable combustion can be maintained over a wide load range, which can also take place outside the burner. Due to the cross section of the primary outflow opening, which is small compared to the cross section of the primary mixture supply line, a high flow rate of the mixture to be burnt is created therewith under high loads. This creates a fan-shaped flame front, with a large surface area, so that the combustion temperature remains relatively low, and therefore the combustion is clean.

Genoemde en andere kenmerken van de brander en de werkwijze volgens de uitvinding worden verder toegelicht aan de hand van een voorbeeld, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekening, waarin overeenkomstige onderdelen aangeduid worden met overeenkomstige verwijzingscijfers, en waarin: fig. 1 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht toont van een keramische brander volgens de uitvinding; fig. 2 in een gedetailleerd aanzicht volgens de pijl II de verbranding weergeeft bij een lage belasting; fig. 3 en 4 in een met fig. 2 overeenkomend aanzicht de verbranding weergegeven bij toenemende belasting; fig. 5 een uit modules opgebouwde brander volgens de uitvinding weergeeft met een grote verwarmingscapaciteit; en fig. 6 een alternatieve uitvoeringsvorm van een brander volgens de uitvinding weergeeft.Mentioned and other features of the burner and the method according to the invention are further elucidated on the basis of an example, with reference being made to the accompanying drawing, in which corresponding parts are indicated with corresponding reference numerals, and in which: fig. 1 shows a partly broken away perspective view shows a view of a ceramic burner according to the invention; Fig. 2 shows in a detailed view according to the arrow II the combustion at a low load; Figures 3 and 4 show, in a view corresponding to Figure 2, the combustion with increasing load; Fig. 5 shows a burner built up from modules according to the invention with a large heating capacity; and Fig. 6 shows an alternative embodiment of a burner according to the invention.

Een keramische brander 1 (fig. 1) omvat een primaire mengseltoevoerleiding 2, waaromheen een ringvormige secondaire mengselkamer 3 aangebracht is, welke over in omtreks-richting verdeeld aangebrachte, radiale secondaire mengsel-toevoerleidingen 4 met de primaire mengseltoevoerleiding 2 in verbinding staat. De secondaire mengselkamer 3 staat over een secondaire uitstroomopening 5 in verbinding met een de brander omringende ruimte. De primaire mengseltoevoerleiding 2 mondt uit in een cilindrische primaire mengselkamer 6, welke over een aantal in omtreksrichting verdeeld aangebrachte, radiale primaire uitstroomopeningen 7 in verbinding staat met de de brander 1 omringende ruimte.A ceramic burner 1 (Fig. 1) comprises a primary mix feed line 2 around which an annular secondary mix chamber 3 is arranged, which communicates with the primary mix feed line 2 over circumferentially distributed radial secondary mix feed lines 4. The secondary mixture chamber 3 communicates over a secondary outflow opening 5 with a space surrounding the burner. The primary mixture supply line 2 opens into a cylindrical primary mixture chamber 6, which communicates over a number of circumferentially arranged radial primary outflow openings 7 with the space surrounding the burner 1.

De primaire en secondaire mengselkamers 6,3 worden gevormd door een tweetal stapelbare, concentrische ringvormige elementen 9,10. Door meerdere van deze elementen 9,10 op de in de fig. aangegeven wijze te stapelen, kan op eenvoudige wijze een brander samengesteld worden met de benodigde verwarmingscapaciteit.The primary and secondary mixture chambers 6,3 are formed by two stackable concentric annular elements 9,10. By stacking several of these elements 9, 10 in the manner shown in the figure, a burner can be assembled in a simple manner with the required heating capacity.

Een gas-luchtmengsel dat wordt aangevoerd door de primaire mengseltoevoerleiding 2 (fig. 2,3 en 4) verdeelt zich over de secondaire mengselkamer 3 (zoals aangegeven door de pijlen S) en de primaire mengselkamer 6 (aangegeven door de pijlen P). Bij lage belastingen (fig. 2) is de stromingssnelheid van het mengsel relatief gering, en vindt de verbranding van de primaire mengselstroom P plaats in de primaire uitstroomopeningen 7. Het vlamfront 11 is in dit geval boogvormig. De keramische brander fungeert nu als bron van warmtestraling, doordat het de primaire uitstroomopeningen 7 omringende keramische materiaal gloeit.A gas-air mixture supplied by the primary mixture supply line 2 (Figures 2, 3 and 4) distributes between the secondary mixture chamber 3 (as indicated by arrows S) and the primary mixture chamber 6 (indicated by arrows P). At low loads (fig. 2) the flow velocity of the mixture is relatively slow, and the combustion of the primary mixture flow P takes place in the primary outflow openings 7. In this case the flame front 11 is arcuate. The ceramic burner now functions as a source of heat radiation, because it glows ceramic material surrounding the primary outflow openings 7.

Wordt nu de belasting opgevoerd (fig. 3), dan neemt de stromingssnelheid van het mengsel toe, en verplaatst de verbranding zich, omdat de verbrandingssnelheid van het mengsel niet verandert, naar buiten de brander 1. De vlam-fronten 11 staan nu op de buitenrand van de brander 1 en zijn nog steeds boogvormig.When the load is now increased (fig. 3), the flow velocity of the mixture increases, and the combustion moves, because the combustion velocity of the mixture does not change, to the outside of the burner 1. The flame fronts 11 are now on the outer edge of the burner 1 and are still arcuate.

Bij nog verder toenemende belasting (fig. 4) neemt de stromingssnelheid van het mengsel nog sterker toe, en wordt zoveel groter dan de verbrandingssnelheid van het mengsel, dat de vlam uitgeblazen zou worden. Door de aanwezigheid echter van de uit de secondaire mengselkamer 3 stromende secondaire mengselstroom S, wordt de primaire mengselstroom P voorverwarmd, waardoor de verbrandingssnelheid van de primaire mengselstroom P toeneemt en gelijk wordt aan de uitstroomsnelheid daarvan, zodat een stabiele vlam ontstaat. Door de hoge stromingssnelheid van de primaire mengselstroom P in primaire uitstroomopeningen 7 nemen de vlamfronten 11 een waaiervorm aan. Doordat een dergelijk waaiervormig vlamfront 11 een groter oppervlak heeft dan een vergelijkbaar boogvormig vlamfront, en de verbranding derhalve over een groter oppervlak verspreid wordt, is de verbrandingstemperatuur lager dan bij een vergelijkbaar boogvormig vlamfront, waardoor de vorming van stikstofoxiden sterk gereduceerd wordt.With even further increasing load (Fig. 4), the flow rate of the mixture increases even more, and becomes so much greater than the burn rate of the mixture, that the flame would be blown out. However, due to the presence of the secondary mixture stream S flowing out of the secondary mixture chamber 3, the primary mixture stream P is preheated, whereby the combustion rate of the primary mixture stream P increases and equals its outflow rate, so that a stable flame is formed. Due to the high flow velocity of the primary mixture stream P in primary outflow openings 7, the flame fronts 11 assume a fan shape. Because such a fan-shaped flame front 11 has a larger surface area than a comparable arc-shaped flame front, and the combustion is therefore spread over a larger area, the combustion temperature is lower than with a comparable arc-shaped flame front, whereby the formation of nitrogen oxides is greatly reduced.

De verwarmingscapaciteit van een keramische brander volgens de uitvinding kan nog vergroot worden door meerdere stapels ringvormige elementen 9,10 aan te sluiten op een gemeenschappelijke hoofdaanvoerleiding 12 (fig. 5). De hoofdaanvoerleiding 12 wordt van een gas-luchtmengsel voorzien door een ejecteur 13, waardoor het gas G met een dusdanig grote snelheid in de hoofdaanvoerleiding 12 wordt gespo- ten, dat lucht A mee aangezogen wordt.The heating capacity of a ceramic burner according to the invention can be further increased by connecting several stacks of annular elements 9,10 to a common main supply line 12 (fig. 5). The main supply line 12 is supplied with a gas-air mixture by an ejector 13, whereby the gas G is injected into the main supply line 12 at such a great speed that air A is also drawn in with it.

Wanneer de verwarmingscapaciteit niet gevarieerd hoeft te worden, en een modulaire opbouw van het verwar-mingssysteem derhalve niet gevraagd wordt, kan volstaan worden met een keramische brander zoals weergegeven in fig. 6. Door het wigvormig verloop van de hoofdaanvoerleiding 12 wordt bij deze brander 1 een gelijkmatige verdeling van het gas-luchtmengsel over de spieetvormige primaire mengseltoe-voerleiding 2 gewaarborgd.If the heating capacity does not have to be varied, and a modular construction of the heating system is therefore not required, a ceramic burner as shown in fig. 6 suffices. Due to the wedge-shaped course of the main supply pipe 12, this burner 1 uniform distribution of the gas-air mixture over the spritoidal primary mixture supply line 2 is ensured.

Claims

Burner (1), made of a ceramic material, and comprising; - a primary pipe (2) for supplying a mixture of flammable gas and air? - at least one primary mixture chamber (6), which has at least one inflow opening connected to the primary mixture feed line (2), the cross section of which is of the same order of magnitude as that of the primary mixture feed line (2), and at least one primary outflow opening (7), which opens into the space surrounding the burner (1), and the cross section of which is small compared to the cross section of the primary mixture supply line (2); and - at least one secondary mixture chamber (3), which is connected over at least one secondary mixture supply line (4) to the primary mixture supply line (2), and over at least one secondary opening in the vicinity of the primary outflow opening (7) the outlet opening (5) is connected to the space surrounding the burner (1), the cross section of the secondary mixture supply line (4) and of the secondary outlet opening (5) being small compared to the diameter of the primary mixture supply line (2).

Ceramic burner according to claim 1, characterized in that the secondary mixture chamber (3) is annular, arranged around the primary mixture feed line (2), and has a plurality of circumferentially distributed radial secondary mixture feed lines (4), and that the primary mix chamber (6) is located downstream of the secondary mix feed lines (4), has the form of a cylinder concentric with the primary mix feed line (2), and has a plurality of circumferentially distributed radial outflow openings (7).

Ceramic burner according to claim 2, characterized by a number of serially placed primary and secondary mixture chambers (6,3), each primary mixture chamber (6) situated in flow direction between successive secondary mixture chambers (3) having a flow opening arranged opposite its inflow opening.

Ceramic burner according to claim 1, characterized in that the primary mixture supply line (2) is spigot-shaped, an elongated secondary mixture chamber (3) is arranged on at least one side of the supply line (2), which plurality of second-spaced secondary mix feed lines (4), and that the primary mix chamber (6) located downstream of the secondary mix feed lines (4) is elongated in shape and has a plurality of spaced primary outflow openings (7).