Optimization of lamella burner fin deck

Abstract

Lamella brülör, BOSCH ısıtma teknolojileri patentli düük NOx emisyonlu birbrülördür. Bu çalımada, lamella brülörün balıca parçalarından biri olan kanatdemetinin farklı tasarımlarının deneysel analizi ve optimizasyonu yapılmıtır. Bazıdeney sonuçları nümerik analizle dorulanmıtır.Emisyon oranları, yanmanın olutuu yüzey tasarımından dorudan etkilenenbir özelliktir. Lamella brülörde yanma, kanat demeti yüzeyinde oluur. Bu sebeple,lamella brülör kanat demeti tasarımının analizi ve optimizasyonu, emisyon oluumunun(CO ve NOx ölçümlerine göre) düürülmesi esasına dayanmaktadır.Bu çalıma, lamella brülör kanat demeti özelliklerinin incelenmesi, deneyselanalizi ve modelleme ile desteklemesi olmak üzere balıca üç bölümden olumaktadır.lk bölümde, gazların yanması, emisyonlar, gaz brülörleri ve düük emisyonlu lamellabrülör incelenmitir. Sonrasında kanat demeti ile ilikili fiziksel özellikler ve yanmakarakteristikleri analiz edilmitir. Bu analize dayanarak kanat demeti yapısalparametreleri bir araya getirilmitir. Ardından kullanımdaki tasarıma alternatif olarakdört kanat demeti tasarlanmıtır. Bu alternatif tasarımlar birbirlerine ve kullanımdakitasarıma göre kanat kalınlıkları, uzunlukları ya da üretim süreçleri bakımındanfarklıdırlar. Deneysel analiz bölümünde, her bir yeni tasarım ve kullanımdaki kanatdemeti için BOSCH Manisa Gelitirme Laboratuarı'nda emisyon, alev kararlılıı (geritepme ve alev kopması), sıcaklık ve basınç kaybı testleri yapılmıtır. Test sonuçlarıkarılatırılarak optimum kanat demeti tasarımı belirlenmitir.Sonuç olarak bu çalımada, lamella brülör kanat demeti ve dört yeni tasarımıtest edilmi, sonuçları karılatırılmı ve sonuçların teorik açıklamaları yapılmıtır.Emisyon testlerinde farklı CO miktarları ölçülen iki yeni tasarım karılatırılmı vegeometrideki farkların alev kararlılıını, bu yüzden de egzozdaki yanmayan gazmiktarını etkiledii görülmütür. Bu iki tasarım modellenmi ve egzozsimülasyonlarındaki kütlesel metan oranları karılatırılmıtır. Deney sonuçlarıylakarılatırılan nümerik modelleme sonuçları geometrinin alev kararlılıına etkisinidorulamıtır.

Lamella burner is a low NOx burner patented by BOSCH Thermotechnologies.In this study, different designs of fin deck, which is one of the major components of thelamella burner, are experimentally analyzed and optimized. After the optimizationprocess, a numerical analysis was used for verification.Emissions are the most important properties for the gas fired boilers and directlyrelated with the design of the burner parts where the combustion occurs. In the lamellaburner, fin deck is the most related part with combustion. Combustion occurs on the findeck surface hence, current fin deck design analysis and optimization is based on theemission rates in order to keep the lamella burner as low-emission (both NOx and CO)burner.This study mainly consists: summary of main parameters regarding combustionand fin deck, experimental analysis, and verification of optimized fin deck model withnumerical simulation. Firstly, gas combustion and lamella burner are investigated.Physical conditions and combustion characteristics for fin deck are analyzed and layoutparameters for fin deck are deducted. Afterwards, four new fin deck designs areintroduced as alternatives for the current design. In the experimental part, emission,light back, flame lift, temperature and pressure drop tests are performed for serial andeach new sample in the BOSCH Product Development Laboratories, Manisa. Accordingto the test results, the most preferred sample is defined as optimized one.Test results are discussed to explain whether the fin deck samples are preferableor not. In the combustion curve performance test, CO values are measured. Thecomparison between the combustion curve test results show that CO formation isrelated to the fin deck geometry. Geometry affects flame stability because of thedifferences in mixture velocity distributions. The unburned gas in exhaust is one of thecauses of the CO formation and influenced from the flame stability. Therefore,unburned gas mass fractions in exhaust are different for the samples with differentgeometries. This result is also numerically verified in combustion simulations of twodifferent fin deck models, which one of them is considered as optimized sample.