<Desc/Clms Page number 1>
GASVERBRANDINGSINRICHTING De vinding betreft een gasverbrandingsinrichting waarbij een gasmengsel doorheen een poreus, hittebestendig brandermembraan wordt gestuurd.
Dergelijke inrichtingen zijn bekend, bijv. uit de Europese octrooien 0 157 432 en 0 390 255. Overigens is in de Belgische octrooiaanvrage 09200209 een gasverbrandingsinrichting beschreven waarin als brandermembraan een poreuze metaalvezelplaat wordt toegepast die voorzien is van een regelmatig patroon van doorgangen. Deze doorgangen beslaan samen 5 % tot 25 % van het plaatoppervlak terwijl elke doorgang een oppervlakte bezit tussen 0, 03 mm2 en 3 mm2. Het plaatmateriaal heeft een porositeit tussen 60 % en 95 %. Dit concept van brandermembraan is inzetbaar in branders over een zeer breed vermogensgebied (kW/m) en derhalve geschikt voor zowel oppervlaktestralings-als blauwe-vlam-regimes met bovendien een merkwaardig lage CO-en NOx-emissie en met hoge rendementen.
Ze bieden tegelijk het voordeel van een relatief geringe drukval voor het gasmengsel over de brander.
Er werd evenwel ondervonden dat bij bepaalde vormen van branderbehuizingen en inbouwconstructies in de op te warmen ruimten (bv. bij ketels) resonantie kan optreden bij relatief hoge vermogens : bijv. over 1000 kW/m2. Er is ook gebleken dat de luchtovermaat in het aangevoerde gasmengsel een invloed kan hebben op de resonantieneiging, alsook het feit of men een gasaanzuiging, dan wel een gasaanblazen toepast doorheen het membraan. Tenslotte kan ook het toegepaste doorgangenpatroon in het membraan zelf een rol spelen voor het resonantieverschijnsel.
Vermoedelijk heeft het resonantieverschijnsel te maken met de hoge drukgradiënt van het gasmengsel tussen de relatief koude onderkant van (aanvoerzijde aan) het brandermembraan en de
<Desc/Clms Page number 2>
zeer hete bovenkant (afvoerzijde : brandoppervlak). Bij wijziging van de doorstromingsregimes zoals luchtovermaat en gasmengseldebietentreedtvermoedelijkeen oscillatiefenomeen op tussen het vlamfront (d. i. het niveau van de vlamvoetjes) en het door de doorgangen aanstromende gasmengsel. De vlamtongen kunnen dus gaan op en neer dansen boven het branderoppervlak of zelfs met hun vlamvoeten oscilleren tussen een positie in (of zelfs onder) de doorgangen en een positie boven de doorgangen (boven het branderoppervlak). Dit kan gepaard gaan met hinderlijke fluittonen tot 1000 à 1500 Hz.
Deze hinder kan men ook ondervinden wanneer men in een brander van een gasaanblaasregime overschakelt op een aanzuigregime.
De vinding heeft nu tot doel dit nadeel op te heffen en het ontstaan van fluittonen minder kritisch te maken. De toegepaste maatregel mag evenwel geen afbreuk doen aan de andere voordelen van het concept met geperforeerd brandermembraan.
In het bijzonder mag de maatregel niet leiden tot een drastische verhoging van de totale drukval over de brander of een (plaatselijke) destabilisering van het vlamfront.
De oplossing volgens de vinding bestaat erin een gasverbrandingsinrichting te verschaffen omvattende een huis met opeenvolgend stroomafwaarts daarin opgenomen : toevoermiddelen voor het te verbranden gas, een verdeelorgaan, tenminste een akoestisch dempende gasdoorlatende laag en een poreuze plaat als brandermembraan voorzien van een regelmatig patroon van doorgangen die samen 5 % tot 25 % van het plaatoppervlak beslaan terwijl elke doorgang een oppervlakte bezit tussen 0, 03 mm2 en 3 mm2.
Een en ander zal thans toegelicht worden aan de hand van een aantal uitvoeringsvormen en onder verwijzing naar de figuren. Bijkomende voordelen zullen daarbij toegelicht worden. De uitvoeringsvormen zijn slecht als voorbeeld op te vatten.
<Desc/Clms Page number 3>
Figuur 1 toont een doornede van een gasverbrandingsinrichting volgens de vinding waarin de akoestisch dempende laag geklemd zit tussen brandermembraan en verdeelorgaan.
Figuur 2 stelt in doorsnede een gasverbrandingsinrichting voor waarin een aantal dempende lagen zijn opgenomen en eventueel lege tussenruimten.
De gasverbrandingsinrichting volgens figuur 1 omvat een huis 6 met opeenvolgend stroomafwaarts daarin opgenomen een toevoerleiding 5 voor het gasmengsel en een verdeelorgaan 3 in de vorm van een geperforeerde metaalplaat die aanligt tegen de omgebogen rand 12 van genoemde toevoerleiding 5.
Het huis 6 is met een lasnaad 7 aan de toevoerleiding bevestigd. De verdeelplaat 3 is bijv. 0, 4 mm dik en voorzien van gaatjes 18 met elk een diameter van 0, 4 mm. De gaatjes 18 kunnen opgesteld zijn in de hoekpunten van een patroon van op elkaar aansluitende gelijkzijdige driehoeken met driehoek- zijde (d. i. gaatjessteek) van 1, 25 mm. Dit komt neer op een vrij doorgangsoppervlak in de plaat 3 van ongeveer 10 %.
Naargelang de omstandigheden zal dit vrij oppervlak evenwel kunnen liggen tussen 5 % en 20 %. Onder 5 % wordt de drukval te hoog bij grote gasdebieten ; boven 20 % wordt het verdeeleffect voor het gasmengsel onvoldoende bij lage debieten.
Tegen de afvoerzijde van verdeelorgaan 3 ligt een gelast gaas 2 aan uit roestvast staaldraad met een draaddiameter van bijv. 0, 125 mm en een gasdoorlaatbaarheid van 48 mesh. Naargelang de omstandigheden kan een doorlaatbaarheid gekozen worden tussen 30 mesh en 60 mesh. Er kunnen ook twee of meer gazen 2 op elkaar gestapeld zijn met bij voorkeur een onderling verschillende doorlaatbaarheid.
Stroomafwaarts van het gelast gaas (of gazen) 2 als akoestisch dempende laag bevindt zieh dan de poreuze membraanplaat 1 die voorzien is van een regelmatig patroon van doorgangen
<Desc/Clms Page number 4>
8. Deze poreuze plaat is bij voorkeur een gesinterde metaalvezelplaat waarin de vezels hittebestendig zijn, d. w. z. bestand zijn tegen de in bedrijf optredende hoge brandertemperaturen en tegen thermische schokken. De vezels zijn dus bij voorkeur staalvezels met een geschikt gehalte aan Cr en Al ; bijv. FeCrAlloy-vezels. De vezels kunnen vervaardigd
EMI4.1
worden door een methode van gebundeld trekken bekend uit o. het U. of U. 4.094.673. vezeldiameter kan liggen tussen 8 pm en 100 m. Ze kunnen verwerkt worden tot een vezelvlies volgens U.
S. octrooi 3. 469. 297 of 3. 127. 668 en daarna geconsolideerd worden door sinteren en persen tot een poreuze plaat met een porositeit tussen 78 % en 88 %. Daarna wordt een regelmatig patroon van geschikte doorgangen ingestanst.
De plaat 1 is bijv. 2 mm dik en heeft tussen de doorgangen een porositeit van 80, 5 %. De vezeldiameter in het voorbeeld hieronder bedroeg 22 m en de diameter van de cilindervormig gestanste doorgangen was 0, 8 mm terwijl de steek 1, 5 mm bedroeg. De plaat 1 is tegen het huis 6 aangeklemd onder tussenvoeging van een keramische mat 4.
Voorbeeld In de uitvoering van figuur 1 staat de poreuze plaat 1 in oppervlaktekontakt met het gaas 2 van 48 mesh. Doorheen de samengeklemde combinatie in huis 6 van dit gaas 2 tussen de poreuze plaat 1 van 2 mm dik en het verdeelorgaan 3 met vrije doorgangsoppervlakte van 10 % (beide hiervoor omschreven) werd een gasmengsel gestuurd uit aardgas en lucht. Het vierkant branderoppervlak mat 150 mm x 150 mm. Er werden diverse verhoudingen van overmaat aan lucht toegepast (1, 1 tot 1, 3) en de debieten werden opgedreven zodat vermogens
EMI4.2
2 2 ontwikkeld werden gaande van 500 kW/m2 tot 5000 kW/m2.
In onderstaande tabel zijn de resonantieresultaten opgenomen in kolom [1 + 2 + 3]. Ter vergelijking zijn in de tabel de
<Desc/Clms Page number 5>
brandproeven herhaald voor uitvoeringen met enkel een combinatie van plaat 1 en verdeelorgaan 3 : kolom [1 + 3] en voor de uitvoering zonder gaas 2 en zonder plaat 3 : kolom [1].
Het minteken in de tabel slaat op de gewenste afwezigheid van fluittonen bij het branden terwijl het plusteken de aanwezigheid aanduidt van een hinderlijke fluittoon. Fluittonen wijzen daarbij op een oscillatie van de vlamvoetjes 10 in de doorgangen 8 zoals gesuggereerd met pijl 11.
EMI5.1
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
TABEL 1
EMI6.2
<tb>
<tb> BELASTING <SEP> LUCHTOVERMAAT <SEP> [1] <SEP> [1+3] <SEP> [1+2+3]
<tb> [kWjm2] <SEP> [n]
<tb> 1. <SEP> 1 <SEP>
<tb> 500 <SEP> 1. <SEP> 2
<tb> 1. <SEP> 3
<tb> 1.1 <SEP> +
<tb> 1000 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1. <SEP> 3
<tb> 1. <SEP> 1 <SEP> + <SEP> +
<tb> 2000 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> +
<tb> 1. <SEP> 3
<tb> 1. <SEP> 1 <SEP> + <SEP> + <SEP>
<tb> 3000 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> + <SEP> +
<tb> 1.3 <SEP> +
<tb> 1. <SEP> 1 <SEP> + <SEP> + <SEP>
<tb> 4000 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> + <SEP> +
<tb> 1.3 <SEP> + <SEP> +
<tb> 1.
<SEP> 1 <SEP> + <SEP> + <SEP>
<tb> 5000 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> + <SEP> +
<tb> 1. <SEP> 3 <SEP> + <SEP> +
<tb>
EMI6.3
Uit de tabel is meteen af te leiden dat een kleinere luchtovermaat (1. vlugger aanleiding geeft tot resonantie dan een grotere (1. of 1. Bovendien blijkt het gunstig effekt van gaas 2 vooral tot uiting te komen bij de hogere vermogensbelastingen (boven 1000 kW/m2).
Teneinde te kunnen onderdrukken bij specifieke gasstromingsprofielen in branders met speciale vorm, voor
<Desc/Clms Page number 7>
aanzuigsituaties van het gasmengsel en/of voor specifieke constructieparameters verbonden aan de op te warmen verbrandingsruimte kan men overwegen tussen de akoestisch dempende laag 2 en het verdeelorgaan 3 en/of het membraan 1 een tussenruimte 13, resp. 14 te voorzien zoals bijv. getoond in figuur 2. Zodoende ontstaan dus diverse uitvoeringsvormen van de inrichting. De inrichting kan bijv. een dempende laag 2 omvatten die in oppervlaktekontakt staat met het verdeelorgaan 3. In een andere inrichtingsvariant kan de laag 2 oppervlaktekontakt vormen met zowel orgaan 3 als poreuze plaat 1.
Ook kan men overwegen de dempende laag 2 op te bouwen uit een laminaat omvattende twee gazen 15 en 16 waartussen een poreuze massa 17 is gevat. Desgewenst kan men de porositeit van, en dus de drukval over dit laminaat laten wijzigen onder invloed van de gasdruk van het aanstromende mengsel of via uitwendige (niet getoonde) bedieningsmiddelen. De poreuze massa 17 kan bijv. een veerkrachtige vezelmassa zijn : bijv. staalwol. Deze dwarse samendrukking, resp. ontspanning van het laminaat kan, naast een intenser verdeeleffekt op het mengsel, de drukval temperen over het membraan 1 bij hoge debieten zodat gevaar voor resonantie dan ook hier minder kritisch wordt.
De dempende laag 2 kan volgens een andere variant geheel of gedeeltelijk uit een poreuze vezelmassa 17 bestaan. Deze massa kan desgewenst de hele tussenruimte opvullen tussen plaat 1 en orgaan 3. Bij voorkeur worden hiervoor minerale vezels (bijv. rotswol of staalwol) toegepast.
Het is ook mogelijk als hittebestendige vezels in de poreuze plaat dikkere metaalvezels in te zetten, bijv. met equivalente diameters tussen 35 en 250 am en welke verkregen worden door afschaven van draad of afsnijden van een plaat uit de
<Desc/Clms Page number 8>
gewenste hittebestendige legering (bijv. FeCrAlloy). Deze vezels hebben dan eerder het uitzicht van staalwol.
Tenslotte kan de poreuze plaat l ook een laminaat omvatten uit op elkaar gesinterde draadgazen. Geweven of gebreide gazen uit hittebestendige draden kunnen hiervoor ingezet worden. In het U. S. octrooi 3. 780. 872 is een geschikte laminaatstructuur beschreven. Doorgaans zullen deze laminaten stijver zijn dan deze uit gesinterde vezelvliezen. Ze worden dan ook bij voorkeur ingezet in vlakke branders. Natuurlijk wordt in deze laminaten eveneens een gaatjespatroon gestanst zoals hiervoor beschreven.
Wanneer de gasverbrandingsinrichtingen slechts bedoeld zijn om te werken bij relatief lage vermogens, of wanneer resonantieneigingen niet per se moeten vermeden worden kunnen als dusdanig ook gesinterde poreuze platen 1 toegepast worden uit afgeschaafde of afgesneden vezels, hetzij uit draadgazen zoals hiervoor beschreven. Een dempende laag 2 is dan niet vereist en uitvoeringen volgens, of analoog aan deze beschreven in de Belgische octrooiaanvrage 09200209 zijn dan toepasbaar. In plaats van FeCrAlloy-vezels kan men ook keramische vezels of draden gebruiken.