EP0631091A1 - Brûleur à gaz à faible taux de NOx - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
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- F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
-
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- F23D—BURNERS
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- F23D2203/101—Flame diffusing means characterised by surface shape
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Definitions
- the present invention relates to a gas burner of the type comprising a tubular body having a first end at least partially open for the admission of air and gaseous fuel into the internal space of the tubular body, a second closed end and a wall peripheral pierced with a multitude of through holes for the combustible gas mixture which burns on the outer peripheral surface of the tubular body, the peripheral wall of the tubular body being constituted by two perforated sheets, respectively inner and outer, held in contact with one another with the other, the inner sheet has holes which have a predetermined diameter, while the outer sheet has holes having a larger cross section than that of the holes in the inner sheet.
- Gas burners of the above-mentioned type are well known. They are for example used in boilers models CECID HX135, HX175, ... HX495 marketed by the applicant.
- the tubular body of these known burners is made with an inner perforated sheet of small thickness (of the order of 0.7 mm) having round perforations with a diameter of 0.8 mm, this latter dimension corresponding to the distance from safety necessary to avoid flashbacks inside the tubular body of the burner.
- the distance between the round perforations is 1.5 mm, which determines, for the internal perforated sheet, a passage coefficient of 25% (ratio of the cumulative surface of the round perforations to the total surface of the internal perforated sheet) .
- Perforated sheet outer of the tubular body of these known burners has a thickness of 1.5 mm and it is perforated with square holes arranged in a matrix in rows and columns.
- the length of the rib of each square hole is 6 mm and the interval between two adjacent holes belonging to the same row or to the same column is 4 mm wide.
- the external perforated sheet has a passage coefficient of the order of 36%, which gives, after assembly of the two internal and external perforated sheets, an overall passage coefficient of approximately 9%.
- the present invention therefore aims to achieve this objective.
- the burner according to the present invention is characterized in that the spacing of the holes in the outer sheet and their passage section are such that the assembly of the two perforated sheets of the burner has an overall coefficient of passage of gases through the glus equal to 7.8%.
- the outer sheet has a thickness at least equal to 2 mm.
- the holes in the outer sheet are preferably circular and preferably have a diameter at most equal to 6 mm.
- the burner 1 represented in FIG. 1 is in the form of a tubular body, one end of which 3 is at least partially open for the admission of air and gaseous fuel and the opposite end of which is closed so gas-tight by a wall 4.
- the end 3 of the tubular body is completely open, it could be closed by a wall having for example two intake ports, one for the primary combustion air and one for the gaseous fuel, or a single intake port for the air-gas mixture if the air and the gas have been mixed beforehand.
- the peripheral wall 5 of the tubular body 2 is pierced with a multitude of holes through which the gaseous combustible mixture flows from the inside to the outside of the tubular body. In service, the gas mixture burns on the exterior surface or near the exterior surface of the peripheral wall 5 of the tubular body 2.
- the peripheral wall 5 of the tubular body 2 is cylindrical, c that is, the tubular body has a circular cross section. Although such a circular shape is the most rational for the burner, the cross section of the tubular body 2 could have other shapes, for example elliptical or polygonal.
- the tubular body 2 could have a frustoconical shape, the large base of the truncated cone on the end side 3 and the small base being formed by the end wall 4.
- the peripheral wall 5 of the tubular body 2 is constituted by two perforated sheets, namely an inner sheet 6 and an outer sheet 7.
- the sheets 6 and 7 are kept intimately in contact with each other for example by several welding points.
- the thickness e1 of the inner sheet 6, the diameter ⁇ 1 of the holes 8 of this sheet and the distance l1 between the axes of the adjacent holes 8 may have values identical to those of the inner sheet of the known burner described in the preamble.
- e1 can be between 0.3 and 0.8 mm, preferably equal to 0.7 mm
- ⁇ 1 can be equal to 0.8 mm
- l1 can be equal to 1.5 mm.
- the inner sheet 6 has a natural coefficient of passage of 25%.
- the section for the passage of the holes 9 in the external sheet 7 is chosen so as to be smaller than the section for the passage of the holes in the external sheet of the known burner described in the preamble.
- the distance l2 between the axes of the adjacent holes 9 is chosen so as to be greater than the distance between the axes of the adjacent holes of the external sheet of the known burner.
- the interval d2 between two adjacent holes 9 in the external sheet 7 is greater than the corresponding interval in the external sheet of the known burner. More specifically, the spacing d2 of the holes 9 in the outer sheet 7 and their passage section are chosen such that all of the two sheets 6 and 7 have an overall coefficient of passage at most equal to 7.8%.
- the holes 9 are preferably circular and have a diameter ⁇ 2 at most equal to 6 mm and a center distance l2 of between 8 and 10 mm.
- the holes 9 of the outer sheet 7 have a smaller section and that their spacing d2 is increased relative to the known burner, the number of holes 8 of the inner sheet 6 which are exposed by the holes 9 is therefore smaller than in the known burner.
- the same value of the flow rate of the air-gas mixture as in the known burner for a given supply pressure of the air-gas mixture therefore to obtain the same nominal power of the burner , it is necessary to increase the dimensions of the external peripheral surface 5 of the burner in order to increase the number of holes 8 which will be uncovered by the holes 9. This can be obtained without difficulty by increasing the external diameter and / or the length of the tubular body 2 of the burner 1.
- the outer sheet 7 preferably has a thickness e2 markedly greater than that e1 of the inner sheet 6.
- the thickness e2 of the outer sheet 7 is equal to 3 mm. From the point of view of the cooling of the outer sheet 7 therefore also of the cooling of the flames and consequently from the point of view of the reduction of the NOx rate, it would be advantageous if the thickness e2 of the sheet 7 was the most great possible.
- the thickness e2 must be limited for economic reasons (cost of the sheet and tools capable of perforating thick sheets) and for mechanical reasons (the thickness e2 of the sheet must be less than the diameter ⁇ 2 of the holes 9 ).
- the thickness e2 of the sheet 7 will be between 2.5 and 3.5 mm.
- the diameter ⁇ 2 of the holes 9 cannot be less than the thickness e2 of the sheet 7. Consequently, when a thick sheet is used for the sheet 7, for example a sheet of 3 mm thick, the diameter ⁇ 2 of the holes 9 may not be less than approximately 4 mm.
- the Applicant has produced a burner with a nominal power of 375 kWh constructed as described above and having the dimensional characteristics indicated in the table below.
- This table also indicates, for comparison, the dimensional characteristics of a burner known from same power, used in boilers of the HX375 type manufactured by the applicant.
- the NOx rates produced respectively by the burner according to the invention and by the known burner operating at the nominal power of 375 kWh have also been indicated.
- the burner of the present invention produces more than three times less NOx than the known burner.
- each hole has its center placed in the center of a circle and the adjacent holes which surround the hole in question have their center located on said circle and are distributed regularly over this circle with a constant angular spacing of 60 °.
- the holes 9 do not necessarily have all the same diameter and they can therefore have different diameters provided that the overall coefficient of passage of the gases from the burner remains at most equal to 7.8%
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Abstract
Dans ce brûleur à gaz comprenant un corps tubulaire (2) dont la paroi périphérique (5) est constituée par deux tôles perforées (6,7), respectivement intérieure et extérieure, maintenues en contact l'une avec l'autre, la tôle intérieure (6) présentant des trous qui ont un diamètre prédéterminé, tandis que la tôle extérieure (7) présente des trous ayant une section de passage plus grande que celle des trous de la tôle intérieure (6), l'espacement des trous de la tôle extérieure (7) et leur section de passage sont tels que l'ensemble des deux tôles perforées (6 et 7) du brûleur (1) ait un coefficient global de passage des gaz au plus égal à 7,8 %.
Description
- La présente invention concerne un brûleur à gaz du type comprenant un corps tubulaire ayant une première extrémité au moins partiellement ouverte pour l'admission de l'air et du combustible gazeux dans l'espace interne du corps tubulaire, une seconde extrémité fermée et une paroi périphérique percée d'une multitude de trous de passage pour le mélange combustible gazeux qui brûle à la surface périphérique extérieure du corps tubulaire, la paroi périphérique du corps tubulaire étant constituée par deux tôles perforées, respectivement intérieure et extérieure, maintenues en contact l'une avec l'autre, la tôle intérieure présentant des trous qui ont un diamètre prédéterminé, tandis que la tôle extérieure présente des trous ayant une section de passage plus grande que celle des trous de la tôle intérieure.
- Les brûleurs à gaz du type sus-indiqué sont bien connus. Ils sont par exemple utilisés dans les chaudières modèles C.E.C.I.D. HX135, HX175,... HX495 commercialisées par la demanderesse. Le corps tubulaire de ces brûleurs connus est réalisé avec une tôle perforée intérieure de faible épaisseur (de l'ordre de 0,7 mm) ayant des perforations rondes d'un diamètre de 0,8 mm, cette dernière dimension correspondant à la distance de sécurité nécessaire pour éviter les retours de flamme vers l'intérieur du corps tubulaire du brûleur. L'entraxe entre les perforations rondes est de 1,5 mm, ce qui détermine, pour la tôle perforée intérieure, un coefficient de passage de 25% (rapport de la surface cumulée des perforations rondes à la surface totale de la tôle perforée intérieure). La tôle perforée extérieure du corps tubulaire de ces brûleurs connus a une épaisseur de 1,5 mm et elle est perforée de trous carrés disposés de façon matricielle en rangées et en colonnes. La longueur du côte de chaque trou carré est de 6 mm et l'intervalle entre deux trous adjacents appartenant à une même rangée ou à une même colonne a une largeur de 4 mm. Dans ces conditions, la tôle perforée extérieure a un coefficient de passage de l'ordre de 36%, ce qui donne, après assemblage des deux tôles perforées intérieure et extérieure, un coefficient global de passage d'environ 9%.
- Bien que les brûleurs connus décrits ci-dessus aient donné jusqu'ici entièrement satisfaction, devant l'importance que prennent aujourd'hui les facteurs intervenant sur la qualité de l'environnement ainsi que sur la durée de vie des appareils, il s'est avéré utile d'améliorer les brûleurs du type sus-indiqué à ces deux égards et en particulier en ce qui concerne la réduction du taux de NOx produit par le brûleur.
- La présente invention a donc pour but d'atteindre cet objectif.
- A cet effet, le brûleur selon la présente invention est caractérisé en ce que l'espacement des trous de la tôle extérieure et leur section de passage sont tels que l'ensemble des deux tôles perforées du brûleur ait un coefficient global de passage des gaz au glus égal à 7,8%.
- De préférence, la tôle extérieure a une épaisseur au moins égale à 2 mm. En outre, les trous de la tôle extérieure sont de preférence circulaires et ont de préférence un diamètre au plus égal à 6 mm.
- D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux au cours de la description qui va suivre d'une forme d'exécution du brûleur de la présente invention, donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un brûleur conforme à la présente invention.
- La figure 2 est une vue en coupe verticale suivant la ligne II-II de la figure 1, montrant, à plus grande échelle, une partie des deux tôles assemblées formant le corps du brûleur.
- Le brûleur 1 représenté dans la figure 1 se présente sous la forme d'un corps tubulaire, dont une extrémité 3 est au moins partiellement ouverte pour l'admission de l'air et du combustible gazeux et dont l'extrémité opposée est obturée de manière étanche au gaz par une paroi 4. Bien que dans la forme de réalisation représentée dans la figure 1, l'extrémité 3 du corps tubulaire soit complètement ouverte, elle pourrait être fermée par une paroi ayant par exemple deux orifices d'admission, un pour l'air primaire de combustion et un pour le combustible gazeux, ou un unique orifice d'admission pour le mélange air-gaz si l'air et le gaz ont été mélangés au préalable.
- Comme montré dans la figure 1, la paroi périphérique 5 du corps tubulaire 2 est percée d'une multitude de trous à travers lesquels le mélange combustible gazeux s'écoule de l'intérieur vers l'extérieur du corps tubulaire. En service, le mélange gazeux brûle à la surface extérieure ou près de la surface extérieure de la paroi périphérique 5 du corps tubulaire 2. Dans le mode de réalisation représenté dans la figure 1, la paroi périphérique 5 du corps tubulaire 2 est cylindrique, c'est-à-dire que le corps tubulaire a une section transversale circulaire. Bien qu'un telle forme circulaire soit la plus rationnelle pour le brûleur, la section transversale du corps tubulaire 2 pourrait avoir d'autres formes par exemple elliptique ou polygonale. En outre, au lieu d'être cylindrique, le corps tubulaire 2 pourrait avoir une forme tronconique, la grande base du tronc de cône se trouvant du côté de l'extrémité 3 et la petite base étant formée par la paroi d'extrémité 4.
- Comme montré dans la figure 1 et comme cela est encore mieux visible dans la figure 2, la paroi périphérique 5 du corps tubulaire 2 est constituée par deux tôles perforées, à savoir une tôle intérieure 6 et une tôle extérieure 7. Les tôles 6 et 7 sont maintenues intimement en contact l'une avec l'autre par exemple par plusieurs points de soudure. L'épaisseur e₁ de la tôle intérieure 6, le diamètre φ₁ des trous 8 de cette tôle et la distance l₁ entre les axes des trous 8 adjacents peuvent avoir des valeurs identiques à celles de la tôle intérieure du brûleur connu décrit en préambule. Par exemple, e₁ peut être compris entre 0,3 et 0,8 mm, de préférence égal à 0,7 mm, φ₁ peut être égal à 0,8 mm et l₁ peut être égal à 1,5 mm. Dans ces conditions, la tôle intérieure 6 a un coefficient propre de passage de 25%.
- Dans le brûleur selon l'invention, la section de passage des trous 9 de la tôle extérieure 7 est choisie de manière à être plus petite que la section de passage des trous de la tôle extérieure du brûleur connu décrit en préambule. En outre, la distance l₂ entre les axes des trous 9 adjacents est choisie de manière à être plus grande que la distance entre les axes des trous adjacents de la tôle extérieure du brûleur connu. Dans ces conditions, l'intervalle d₂ entre deux trous 9 adjacents de la tôle extérieure 7 est plus grand que l'intervalle correspondant dans la tôle extérieure du brûleur connu. Plus précisément, l'espacement d₂ des trous 9 de la tôle extérieure 7 et leur section de passage sont choisis de telle façon que l'ensemble des deux tôles 6 et 7 ait un coefficient global de passage au plus égal à 7,8%. Les trous 9 sont de préférence circulaires et ont un diamètre φ₂ au plus égal à 6 mm et un entraxe l₂ compris entre 8 et 10 mm.
- Les essais effectués par la Demanderesse avec des brûleurs réalisés comme décrits ci-dessus ont montré que les taux de NOx produit par les brûleurs sont nettement inférieurs à ceux des brûleurs connus décrits en préambule. Ceci peut s'expliquer de la manière suivante. Etant donné que l'espacement d₂ entre les trous 9 est plus grand que dans le brûleur connu, la tôle extérieure 7 présente une plus grande surface de contact avec la tôle intérieure 6 qui est refroidie par le mélange air-gaz entrant dans le brûleur. En conséquence, la tôle extérieure 7 est elle-même mieux refroidie que dans le brûleur connu, ce qui a pour effet d'abaisser la température des flammes qui sont produites par le brûleur et qui sont en contact avec le bord des trous 9. Or, comme on le sait, l'abaissement de la température des flammes est un facteur permettant d'abaisser le taux de NOx d'un brûleur.
- Par contre, du fait que les trous 9 de la tôle extérieure 7 ont une plus petite section et que leur espacement d₂ est augmenté par rapport au brûleur connu, le nombre des trous 8 de la tôle intérieure 6 qui sont découverts par les trous 9 est par conséquent plus petit que dans le brûleur connu. Pour obtenir à travers les trous 8 du brûleur de la présente invention la même valeur de débit du mélange air-gaz que dans le brûleur connu pour une pression d'alimentation donnée du mélange air-gaz, donc pour obtenir la même puissance nominale du brûleur, il faut augmenter les dimensions de la surface périphérique extérieure 5 du brûleur afin d'augmenter le nombre de trous 8 qui seront découverts par les trous 9. Ceci peut être obtenu sans difficulté en augmentant le diamètre extérieur et/ou la longueur du corps tubulaire 2 du brûleur 1. Une telle augmentation du diamètre extérieur et/ou de la longueur du corps tubulaire 2 ne pose pas de problème majeur étant donné que la chambre de combustion des chaudières est habituellement largement dimensionnée et qu'elle peut donc accepter une telle augmentation des dimensions du brûleur 1. L'agrandissement de la surface de la paroi périphérique 5 du corps tubulaire 2 contribue également à un meilleur refroidissement de la tôle extérieure 7, donc aussi des flammes, ce qui, là encore, permet d'abaisser le taux de NOx.
- En outre, dans le brûleur 1 de la présente invention, la tôle extérieure 7 a de préférence une épaisseur e₂ nettement plus grande que celle e₁ de la tôle intérieure 6. De préférence, l'épaisseur e₂ de la tôle extérieure 7 est égale à 3 mm. Du point de vue du refroidissement de la tôle extérieure 7 donc aussi du refroidissement des flammes et par conséquent du point de vue de la réduction du taux de NOx, il y aurait intérêt à ce que l'épaisseur e₂ de la tôle 7 soit la plus grande possible. Toutefois, l'épaisseur e₂ doit être limitée pour des raisons économiques (coût de la tôle et des outillages capables de perforer des tôles épaisses) et pour des raisons mécaniques (l'épaisseur e₂ de la tôle doit être inférieure au diamètre φ₂ des trous 9). En conséquence, en pratique, l'épaisseur e₂ de la tôle 7 sera comprise entre 2,5 et 3,5 mm. Pour les raisons mécaniques évoquées ci-dessus, le diamètre φ₂ des trous 9 ne peut être inférieur à l'épaisseur e₂ de la tôle 7. En conséquence, lorsqu'on utilise une tôle épaisse pour la tôle 7, par exemple une tôle de 3 mm d'épaisseur, le diamètre φ₂ des trous 9 ne pourra être inférieur à environ 4 mm.
- La Demanderesse a réalisé un brûleur d'une puissance nominale de 375 kWh construit comme décrit ci-dessus et ayant les caractéristiques dimensionnelles indiquées dans le tableau ci-dessous. Dans ce tableau, on a également indiqué, à titre de comparaison, les caractéristiques dimensionnelles d'un brûleur connu de même puissance, utilisé dans les chaudières du type HX375 fabriquées par la demanderesse. Enfin, dans le bas du tableau on a également indiqué les taux de NOx produits respectivement par le brûleur selon l'invention et par le brûleur connu fonctionnant à la puissance nominale de 375 kWh. Comme on peut le voir, le brûleur de la présente invention produit plus de trois fois moins de NOx que le brûleur connu.
- Il va de soi que les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessus pourront varier selon la valeur de la puissance nominale pour laquelle le brûleur est conçu. Il est du reste bien entendu que la forme d'exécution de l'invention qui a été décrite ci-dessus a été donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi notamment qu'au lieu d'être disposés en rangées et en colonnes selon l'arrangement montré sur la figure 1, les trous 8, 9 d'au moins l'une des deux tôles perforées 6, 7 peuvent être disposés autrement, par exemple de manière à ce que chaque trou soit équidistant de tous les trous adjacents qui l'entourent. Dans ce cas, chaque trou a son centre placé au centre d'un cercle et les trous adjacents qui entourent le trou considéré ont leur centre situé sur ledit cercle et sont répartis régulièrement sur ce cercle avec un espacement angulaire constant de 60°. En outre, les trous 9 n'ont pas nécessairement tous le même diamètre et ils peuvent donc avoir des diamètres différents sous réserve que le coefficient global de passage des gaz du brûleur reste au plus égal à 7,8%
Claims (5)
1.- Brûleur à gaz comprenant un corps tubulaire (2) ayant une première extrémité (3) au moins partiellement ouverte pour l'admission de l'air et du combustible gazeux dans l'espace interne du corps tubulaire, une seconde extrémité (4) fermée et une paroi périphérique (5) percée d'une multitude de trous de passage pour le mélange combustible gazeux qui brûle à la surface périphérique extérieure du corps tubulaire, la paroi périphérique (5) du corps tubulaire (2) étant constituée par deux tôles perforées (6,7), respectivement intérieure et extérieure, maintenues en contact l'une avec l'autre, la tôle intérieure (6) présentant des trous (8) qui ont un diamètre prédéterminé, tandis que la tôle extérieure (7) présente des trous (9) ayant une section de passage plus grande que celle des trous (8) de la tôle intérieure (6), caractérisé en ce que l'espacement (d₂) des trous (9) de la tôle extérieure (7) et leur section de passage sont tels que l'ensemble des deux tôles perforées (6 et 7) du brûleur (1) ait un coefficient global de passage des gaz au plus égal à 7,8 %.
2.- Brûleur à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tôle extérieure (7) a une épaisseur au moins égale à 2 mm.
3.- Brûleur à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la tôle extérieure (7) est égale à 3 mm.
4.- Brûleur à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les trous (9) de la tôle extérieure (7) sont circulaires et ont un diamètre (φ₂) au plus égal à 6 mm.
5.- Brûleur à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que les trous (9) ont un diamètre de 5,5 mm et une distance de centre à centre de 10 mm.
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2706986A1 (fr) | 1994-12-30 |
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