ES1309761U - Plate gas burner with low pollutant emission - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Quemador de gas de placas con baja emisión de contaminantes Low-emission gas plate burner
Campo de la invención Field of invention
La presente invención se refiere a un quemador de gas de placas según el preámbulo de la reivindicación principal. The present invention relates to a plate gas burner according to the preamble of the main claim.
Estado de la técnica State of the art
Un quemador de gas de placas conocido comprende una pluralidad de elementos a modo de placa colocados en paralelo entre sí y en el que generalmente se mezcla un gas con aire (aire primario); dicha mezcla de aire/gas fluye a lo largo de un conducto presente en cada elemento a modo de placa hasta alcanzar un extremo de dicho elemento a modo de placa, donde está colocado un difusor y donde dicha mezcla se combina con aire secundario para generar una llama activada por un elemento de encendido habitual. Este difusor comprende una pluralidad de ranuras todas ellas presentes a lo largo de su superficie y de las que sale una mezcla gas/aire y en correspondencia con las cuales se forma una llama. A known plate gas burner comprises a plurality of plate-like elements arranged in parallel to each other and in which a gas is generally mixed with air (primary air); said air/gas mixture flows along a conduit present in each plate-like element until it reaches one end of said plate-like element, where a diffuser is placed and where said mixture is combined with secondary air to generate a flame activated by a conventional ignition element. This diffuser comprises a plurality of slots all of them present along its surface and from which a gas/air mixture comes out and in correspondence with which a flame is formed.
Habitualmente, dicha superficie del difusor es plana. Typically, this diffuser surface is flat.
Dichos quemadores de gas del tipo mencionado anteriormente se utilizan en calderas alimentadas por gas desde hace muchos años; los mismos deben cumplir normativas cada vez más estrictas en lo que se refiere a las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), emisiones que se identifican por su concentración de NOx en los humos emitidos en mg/KWh. Dependiendo de sus emisiones, las calderas se clasifican en "clases de NOx”, que presentan cifras crecientes a medida que disminuyen las emisiones de NOx (en mg/KWh). La presente normativa requiere clases de NOx más altas para contener las emisiones ambientales generadas por el funcionamiento de las calderas. Gas burners of the above type have been used in gas-fired boilers for many years and must comply with increasingly stringent regulations regarding nitrogen oxide (NOx) emissions, which are identified by their NOx concentration in the flue gas emitted in mg/kWh. Depending on their emissions, boilers are classified into “NOx classes”, which have increasing figures as NOx emissions decrease (in mg/kWh). The current regulations require higher NOx classes to contain the environmental emissions generated by the operation of boilers.
Asimismo, también para las emisiones de monóxido de carbono, o CO, al nivel mínimo de potencia, la emisión de dicho gas se evalúa mediante un ensayo bien conocido denominado "ensayo de despegue de la llama” (del inglés, "flame lift-off test”) que indica la "resistencia de un quemador contra el despegue de la llama” o su capacidad para no extinguirse siempre que el poder calorífico alcance un valor inferior a la potencia mínima de funcionamiento de un quemador. Also for carbon monoxide, or CO, emissions at minimum power level, the emission of said gas is evaluated by a well-known test called the "flame lift-off test" which indicates the "resistance of a burner against flame lift-off" or its ability to not extinguish whenever the calorific value reaches a value lower than the minimum operating power of a burner.
El documento US2007/251467 divulga un aparato de combustión que comprende un premezclador, un conjunto de quemador y dos elementos de paso de aire. El premezclador y el conjunto de quemador están acoplados entre sí de tal manera que definen un elemento intermedio que está dispuesto entre los dos elementos de paso de aire. US2007/251467 discloses a combustion apparatus comprising a premixer, a burner assembly and two air passage elements. The premixer and the burner assembly are coupled together in such a way as to define an intermediate element which is arranged between the two air passage elements.
El conjunto del quemador consiste principalmente en un cuerpo principal y unas paredes de descompresión. El cuerpo principal se obtiene plegando una placa metálica. Por tanto, dicho cuerpo es de una sola pieza. The burner assembly consists mainly of a main body and decompression walls. The main body is obtained by folding a metal plate. The main body is therefore made of a single piece.
El cuerpo principal presenta una cara superior sobre la cual se genera una llama primaria. El cuerpo principal del quemador incluye dos paredes laterales que se comunican con la cara superior y que están plegadas esencialmente 90° con respecto a dicha cara. The main body has an upper face on which a primary flame is generated. The main body of the burner includes two side walls that communicate with the upper face and are folded essentially 90° with respect to said face.
La cara superior del quemador presenta una forma alargada con una sección transversal en forma de A e incluye una pluralidad de ranuras dispuestas regularmente sobre la misma. The upper face of the burner has an elongated shape with an A-shaped cross section and includes a plurality of slots regularly arranged thereon.
Dicha cara superior define el difusor de gas del cuerpo principal del quemador, formando, por tanto, dicho difusor una sola pieza con el cuerpo principal y siendo parte del mismo. Said upper face defines the gas diffuser of the main body of the burner, thus forming said diffuser in a single piece with the main body and being part of it.
Los elementos de paso de aire también comprenden un cuerpo que se obtiene plegando una placa. Por tanto, cada elemento de paso de aire es de una sola pieza. Dicho elemento presenta una parte extrema en forma de columna con superficies inclinadas e incluye varias ranuras para permitir el paso de aire. The air passage elements also comprise a body obtained by folding a plate. Each air passage element is therefore made of a single piece. This element has a column-shaped end part with inclined surfaces and includes several slots to allow the passage of air.
Por tanto, el documento US2007/251467 no presenta un difusor implementado como una parte autónoma (sino restringida) del cuerpo principal del quemador, y además los elementos de paso de aire incluyen partes extremas solidarias con la parte restante de su elemento de paso de aire correspondiente. Therefore, document US2007/251467 does not present a diffuser implemented as an autonomous (but rather restricted) part of the main body of the burner, and furthermore the air passage elements include end parts integral with the remaining part of their corresponding air passage element.
El documento EP1130315 divulga un quemador que presenta una pluralidad de elementos de quemador colocados uno al lado del otro. Cada elemento de quemador incluye una placa de quemador extrema, que presenta forma de cúpula o es plana. La introducción de este documento describe que dicha placa está restringida a un cuerpo de mezclador del quemador a modo de tapón colocado sobre este último. EP1130315 discloses a burner having a plurality of burner elements placed side by side. Each burner element includes an end burner plate, which is dome-shaped or flat. The introduction to this document describes that said plate is restricted to a plug-like burner mixer body placed on the latter.
El texto europeo no describe que la placa de quemador pueda presentar una forma similar a una columna, ni que su posición en el cuerpo de mezclador pueda ajustarse. The European text does not describe that the burner plate may have a column-like shape, nor that its position in the mixer body may be adjusted.
Descripción de la invención Description of the invention
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un quemador de gas de placas que esté mejorado con respecto a los quemadores de gas de placas según el estado actual de la técnica y, en particular, que ofrezca valores de emisión de NOx muy moderados durante su funcionamiento. An objective of the present invention is to provide a plate gas burner which is improved with respect to plate gas burners according to the current state of the art and, in particular, which offers very moderate NOx emission values during operation.
Otro objetivo es ofrecer un quemador de gas del tipo mencionado anteriormente que tenga una emisión de CO reducida en comparación con quemadores similares, siendo igual la potencia térmica de salida, en particular un valor de emisión de CO, como el obtenido durante un ensayo de despegue de la llama, es decir, inferior a los de los quemadores según el estado actual de la técnica (siendo iguales las condiciones del ensayo). Another objective is to offer a gas burner of the above-mentioned type having a reduced CO emission compared to similar burners, the thermal output being equal, in particular a CO emission value, as obtained during a flame take-off test, i.e. lower than those of burners according to the current state of the art (the test conditions being equal).
Otro objetivo es ofrecer un quemador de gas del tipo mencionado anteriormente, cuya implementación no requiera ninguna modificación especial de las operaciones de producción ya utilizadas para los quemadores de gas de placas según el estado actual de la técnica. Another objective is to offer a gas burner of the above-mentioned type, the implementation of which does not require any special modification of the production operations already used for plate gas burners according to the current state of the art.
Estos y otros objetivos que resultarán evidentes para los expertos en la materia se consiguen mediante un quemador de gas de placas según las reivindicaciones adjuntas. These and other objectives which will be apparent to those skilled in the art are achieved by a plate gas burner according to the appended claims.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
Para una mejor comprensión de la presente invención, se adjuntan a la presente memoria los siguientes dibujos únicamente a título ejemplificativo y no limitativo, en los que: For a better understanding of the present invention, the following drawings are attached hereto for exemplary and non-limiting purposes only, in which:
la figura 1 es una vista en perspectiva desde arriba de una forma de realización de un quemador según la invención; Figure 1 is a perspective view from above of an embodiment of a burner according to the invention;
la figura 2 es una vista lateral de un elemento a modo de placa del quemador mostrado en la figura 1; Figure 2 is a side view of a plate-like element of the burner shown in Figure 1;
la figura 3 es una vista en sección transversal según la línea 3-3 en la figura 2; Figure 3 is a cross-sectional view along line 3-3 in Figure 2;
la figura 4 es una vista ampliada de la parte identificada por A en la figura 3; Figure 4 is an enlarged view of the part identified by A in Figure 3;
la figura 5 es una vista en sección transversal según la línea 5-5 en la figura 1; Figure 5 is a cross-sectional view along line 5-5 in Figure 1;
las figuras 6A a 6E muestran unas vistas desde arriba de una pluralidad de formas de realización de una parte del quemador de la figura 1; y Figures 6A to 6E show top views of a plurality of embodiments of a portion of the burner of Figure 1; and
la figura 7 muestra una tabla con los resultados cuantitativos resultantes de quemadores "en forma de columna” obtenidos según la invención y de quemadores según el estado de la técnica (“quemadores planos”). Figure 7 shows a table with the quantitative results resulting from "column-shaped" burners obtained according to the invention and from burners according to the state of the art ("flat burners").
Descripción detallada de unas formas de realización de la invención Detailed description of some embodiments of the invention
Haciendo referencia a las figuras mencionadas, un quemador de gas de placas se identifica genéricamente con el número 1 y comprende un cuerpo 2 definido por una unión de una pluralidad de elementos a modo de placas, o simplemente unas placas 3 que comprenden un cuerpo en forma de caja 4 y dispuestas con sus planos P longitudinales medianos paralelos entre sí (véanse, las figuras 1 y 5, donde sólo se muestran algunos planos P). Referring to the figures mentioned, a plate gas burner is generically identified with the number 1 and comprises a body 2 defined by a union of a plurality of plate-like elements, or simply plates 3 comprising a box-shaped body 4 and arranged with their median longitudinal planes P parallel to each other (see figures 1 and 5, where only some planes P are shown).
De manera conocida, cada cuerpo en forma de caja 4 de las placas 3 incluye un conducto 6 tubular, plegado y conformado de tal manera que se obtiene una forma esencialmente de U girada 90°; por tanto, el conducto 6 tubular incluye dos brazos 7 y 8 que son esencialmente paralelos entre sí. Más específicamente, el primer brazo 7 incluye una abertura o extremo 7A por donde entra el gas procedente de un alimentador de gas habitual (no mostrado). Cerca de dicha abertura 7A, está previsto un tubo Venturi conocido que aspira aire del exterior dentro del conducto 6. El segundo brazo 8 está conectado a un difusor de llama 10 de la placa 3, a partir del cual se genera la llama del quemador; dicho difusor 10 comprende una superficie 11 que presenta una pluralidad de ranuras 12, por las cuales salen el gas y el aire presentes en el conducto 6, para permitir la generación de una llama en correspondencia con la superficie 11 y por encima de la misma, que se enciende gracias a esta mezcla de aire-gas a través de un encendedor habitual presente encima de los difusores de las placas 3. In a known manner, each box-shaped body 4 of the plates 3 includes a tubular conduit 6, folded and shaped in such a way as to obtain an essentially U-shape rotated by 90°; therefore, the tubular conduit 6 includes two arms 7 and 8 which are essentially parallel to each other. More specifically, the first arm 7 includes an opening or end 7A through which the gas from a conventional gas feeder (not shown) enters. Near said opening 7A, a known Venturi tube is provided which draws air from outside into the conduit 6. The second arm 8 is connected to a flame diffuser 10 of the plate 3, from which the burner flame is generated; said diffuser 10 comprises a surface 11 having a plurality of slots 12, through which the gas and air present in the duct 6 exit, to allow the generation of a flame in correspondence with the surface 11 and above it, which is ignited thanks to this air-gas mixture through a conventional igniter present above the diffusers of the plates 3.
Las placas 3 están restringidas entre sí mediante unos estribos de soporte 13 y 14. The plates 3 are restrained from each other by support stirrups 13 and 14.
La superficie 11 del difusor 10 asociada a cada placa 3 presenta forma de columna; dicha superficie comprende dos lados 16 y 17 inclinados cada uno con respecto al otro y que convergen hacia una línea o zona lineal común 18 presente en la superficie 11. Por consiguiente, esta última no es plana, sino que presenta una sección transversal triangular o esencialmente triangular: de hecho, los lados 16 y 17 pueden ser rectilíneos, tal como se muestra en la figura 4, pero también pueden ser curvilíneos, por ejemplo, con su concavidad orientada hacia el exterior del cuerpo 4 de la placa, pero, en cualquier caso, se conectan entre sí de manera que formen una columna. The surface 11 of the diffuser 10 associated with each plate 3 is column-shaped; said surface comprises two sides 16 and 17 each inclined with respect to the other and converging towards a common line or linear zone 18 present on the surface 11. The latter is therefore not flat, but has a triangular or essentially triangular cross-section: in fact, the sides 16 and 17 can be rectilinear, as shown in Figure 4, but they can also be curvilinear, for example with their concavity oriented towards the outside of the body 4 of the plate, but, in any case, they are connected to each other so as to form a column.
Unas aberturas 12 de la superficie 11 del difusor están practicadas en los lados 16 y 17: en la forma de realización de la figura 1, dichas ranuras 12 son rectilíneas (ortogonales a la línea o columna 18 de la superficie 11) y están equiespaciadas entre sí. Sin embargo, de manera conocida por sí misma, las aberturas 12 pueden presentar incluso longitudes diferentes entre sí, o pueden estar dispuestas en grupos que se repiten longitudinalmente en la superficie 11: las figuras 6A a 6E muestran unas vistas desde arriba de las superficies 11 con unas aberturas 12 que presentan una variedad de formas y disposiciones. Openings 12 in the diffuser surface 11 are provided on sides 16 and 17: in the embodiment of Figure 1, said slots 12 are rectilinear (orthogonal to the line or column 18 of the surface 11) and are equispaced from one another. However, in a manner known per se, the openings 12 may even have different lengths from one another, or may be arranged in groups repeating longitudinally on the surface 11: Figures 6A to 6E show top views of the surfaces 11 with openings 12 having a variety of shapes and arrangements.
Obsérvese que el difusor 10 está definido por un cuerpo 20 colocado encima de los extremos 21 de los elementos 22 y 23 separados uno del otro y fijados mutuamente (de manera conocida) que definen el cuerpo 4 de la placa 3 y los dos brazos 7 y 8 del conducto 6, a modo de deformaciones localizadas. Dicho cuerpo 20 está fijado a los elementos 22 y 23 de manera conocida por sí misma (por ejemplo, mediante soldadura o engarce, es decir, mediante un "apriete” aplicado tanto a los extremos 21 de la placa como al cuerpo 20). Preferentemente, a lo largo de toda la longitud de cada placa 3 individual, el difusor se desplaza sobre un carril (no mostrado) aplicado en los dos respectivos elementos 22 y 23. It should be noted that the diffuser 10 is defined by a body 20 placed above the ends 21 of the elements 22 and 23 spaced apart from each other and mutually fixed (in a known manner) defining the body 4 of the plate 3 and the two arms 7 and 8 of the duct 6, by way of localized deformations. Said body 20 is fixed to the elements 22 and 23 in a manner known per se (for example, by welding or crimping, i.e. by a “clamp” applied both to the ends 21 of the plate and to the body 20). Preferably, along the entire length of each individual plate 3, the diffuser moves on a rail (not shown) applied to the two respective elements 22 and 23.
El cuerpo 20 incluye en una sección transversal (véase, la figura 4), dos brazos 25 y 26, opuestos y espaciados entre sí, plegados en sus extremos libres 25A y 26A. Dichos brazos continúan de manera ininterrumpida y terminan en los lados 16 y 17 definiendo una columna en la superficie 11 y convergiendo en la línea (o zona o columna) 18 común. The body 20 includes in a cross section (see Figure 4), two arms 25 and 26, opposite and spaced from each other, folded at their free ends 25A and 26A. These arms continue uninterruptedly and end at sides 16 and 17 defining a column on surface 11 and converging at the common line (or zone or column) 18.
Los lados 16 y 17 forman entre sí un ángulo<a>, que presenta un valor comprendido entre 45° y 130°, ventajosamente entre 50° y 125° y preferentemente entre 54° y 117°. Sides 16 and 17 form an angle <a> between them, which has a value between 45° and 130°, advantageously between 50° and 125° and preferably between 54° and 117°.
El cuerpo 20, que es autónomo con respecto a cada placa 3 correspondiente, es decir, no es una parte solidaria de dicha placa, puede colocarse sobre los elementos 22 y 23 y fijarse a los mismos de tal manera que la línea (o columna) 18 pueda cortarse a una distancia (altura) de los extremos de dichos elementos (cubiertos por el cuerpo 20) en un intervalo comprendido entre 2 y 5 mm según el gas utilizado. Existe la posibilidad de ajustar dicha distancia, lo que permite optimizar la generación de llama en el difusor 10, manteniendo, al mismo tiempo, las emisiones de NOx y la generación de CO tanto durante un ensayo de despegue de la llama, como durante un funcionamiento normal del quemador en una caldera. De hecho, se ha descubierto sorprendentemente, a partir de ensayos realizados por este solicitante, que mediante la utilización de la solución descrita anteriormente, la longitud de la llama que se genera en la superficie 11 es más corta que la de la llama que se genera en una superficie plana, lo que permite detener la combustión del gas cerca de la superficie 11, evitando así que la llama se enfríe lejos de dicha superficie y minimizando la formación de humos y CO. The body 20, which is autonomous with respect to each corresponding plate 3, i.e. it is not an integral part of said plate, can be placed on the elements 22 and 23 and fixed thereto in such a way that the line (or column) 18 can be cut at a distance (height) from the ends of said elements (covered by the body 20) in a range between 2 and 5 mm depending on the gas used. It is possible to adjust said distance, which makes it possible to optimize the flame generation in the diffuser 10, while maintaining NOx emissions and CO generation both during a flame take-off test and during normal operation of the burner in a boiler. In fact, it has surprisingly been discovered, from tests carried out by this applicant, that by using the solution described above, the length of the flame generated on the surface 11 is shorter than that of the flame generated on a flat surface, which makes it possible to stop the combustion of the gas near the surface 11, thus preventing the flame from cooling away from said surface and minimising the formation of smoke and CO.
Se han llevado a cabo ensayos con quemadores implementados con un difusor que presenta una superficie de emisión de forma plana y un quemador implementado según la presente invención. Estos ensayos se han llevado a cabo utilizando diferentes tipos de quemadores con diferentes configuraciones y distribuciones de las ranuras en la superficie del difusor (que se indica en la siguiente tabla mediante el valor numérico de la columna “CABEZAL”). Tests have been carried out with burners fitted with a diffuser having a flat emission surface and a burner fitted according to the present invention. These tests have been carried out using different types of burners with different configurations and distributions of the slots on the diffuser surface (indicated in the following table by the numerical value in the “HEAD” column).
Los resultados de estos ensayos se resumen a continuación The results of these trials are summarized below.
Las tablas especifican la presencia (o no) de una columna en la superficie del difusor, el diámetro de las boquillas, las emisiones de NOx, las emisiones de CO con la utilización de gas metano (G20) y las emisiones de CO durante un ensayo de "despegue de la llama” realizado utilizando el gas conocido G23. The tables specify the presence (or not) of a plume on the diffuser surface, the diameter of the nozzles, the NOx emissions, the CO emissions using methane gas (G20) and the CO emissions during a “flame lift-off” test performed using the known gas G23.
Tal como se muestra en la tabla, la utilización de esta invención conduce a una disminución porcentual considerable (desde un poco menos del 10 % hasta el 20 % y más) de la emisión de CO, tanto en una etapa de ensayo como en una en la que se alimentó con gas metano (siempre al poder calorífico mínimo Qmín). A pesar de una disminución tan considerable de CO (que habitualmente conlleva un aumento porcentual igualmente considerable de NOx), la tasa de emisión de NOx simplemente aumenta, pero sólo pocas unidades porcentuales. As shown in the table, the use of this invention leads to a considerable percentage decrease (from a little less than 10% to 20% and more) of the CO emission, both in a test stage and in one in which methane gas was fed (always at the minimum calorific value Qmin). Despite such a considerable decrease in CO (which usually leads to an equally considerable percentage increase in NOx), the NOx emission rate simply increases, but only by a few percentage units.
Esto supone ventajas evidentes en lo que se refiere al respeto al medio ambiente, pero también ventajas en lo que se refiere a la clase "normativa” (alta) en la que puede clasificarse un quemador. This has obvious advantages in terms of environmental friendliness, but also advantages in terms of the "normative" (high) class in which a burner can be classified.
Por otro lado, la tabla de la figura 7 se refiere a un ensayo donde también se considera la razón de aire primario con respecto a gas inyectado en el quemador (indicado por "lambda”), así como la razón de generación porcentual de CO2 con respecto al total de los humos emitidos. Para lambda, se consideran dos valores, concretamente 1.1 y 1.3, y se evalúan las emisiones de CO y NOx para ellos, siendo iguales la temperatura de superficie del difusor del quemador, la de la mezcla de gas/aire primario y la del aire secundario. On the other hand, the table in figure 7 refers to a test where the ratio of primary air to gas injected into the burner (indicated by “lambda”) is also considered, as well as the percentage generation ratio of CO2 with respect to the total smoke emitted. For lambda, two values are considered, specifically 1.1 and 1.3, and the CO and NOx emissions are evaluated for them, the surface temperature of the burner diffuser, that of the primary air/gas mixture and that of the secondary air being equal.
Tal como se muestra en la tabla de la figura 7, en idénticas condiciones de utilización de quemadores alimentados con gas metano, el valor de NOx permanece esencialmente constante, a pesar de que haya una disminución sustancial de CO (al contrario de lo que podría esperar el experto en la materia). As shown in the table in Figure 7, under identical operating conditions for burners fuelled with methane gas, the NOx value remains essentially constant, despite a substantial decrease in CO (contrary to what the person skilled in the art might expect).
Por tanto, la presente invención hace posible una reducción global considerable de gases contaminantes como resultado de una geometría modificada de la superficie del difusor de llama de cada placa del quemador. Therefore, the present invention makes possible a considerable overall reduction of polluting gases as a result of a modified geometry of the flame diffuser surface of each burner plate.
Se ha descrito una forma de realización específica de la invención. Sin embargo, el experto en la materia podría implementar otras configuraciones del quemador, al tiempo que permanece dentro del alcance de protección de esta invención, tal como se expone en las reivindicaciones siguientes. A specific embodiment of the invention has been described. However, the person skilled in the art could implement other configurations of the burner, while remaining within the scope of protection of this invention, as set forth in the following claims.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
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