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PERFECTIONNEMENTS AU CHAUFFAGE DES FOURS A FOYER? .
On a souvent avantage , notamment dans certains foyers , et en particulier dans certains fours de fusion tels que des fours rotatifs , à obtenir une flamme de forme et de longueur variables pouvant éventuellement être rendue extrê- mement courte .
La présente invention a pour objet des perfectionne- ments aux brûleurs permettant d'obtenir ce résultat , ainsi que des variantes de réalisation applicables à l'alimentation de ces brûleurs soit en gaz , soit en mazout , soit en combus- tible solides pulvérisés .
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Conformément à l'invention ,la combustion est assurée par un courant d'air primaire et un courant d'air secondaire , en forme de nappe sensiblement perpendiculaire à l'axe du brûleur et dont la vitesse radiale est sensiblement plus éle- vée que la vitesse longitudinale de l'air primaire .
Le brûleur comporte , à cet effet , à sa partie anté- rieure une couronne distributrice d'air secondaire de com- bustion munie d'orifices latéraux répartis circulairement de manière à créer une ou plusieurs nappes d'air de,combus- tion sensiblement perpendiculaires à l'axe du brûleur .
Ces nappes d'air peuvent être combinées avec des ori- fices dirigeant le combustible dans un sens latéral de manière à limiter la longueur de la flamme ; les diverses combinaisons des orifices d'adduction du combustible et d'air de combus- tion ( directions , débits , sections) permettent de déter- miner la longueur de la flamme suivant les besoins .
Dans une première variante particulièrement applica- ble à l'alimentation en gaz combustible ou à huile , le brûleur comporte une ou plusieurs couronnes de trous laté- raux , généralement de faible section , percés dans un tube fermé à son extrémité , le gaz comburant étant projeté avec une vitesse radiale notablement plus élevée que la vitesse avec laquelle l'oxygène nécessaire à la combustion pénètre dans le four suivant un mouvement hélicoïdal de pas aussi faible que possible , le brûleur étant terminé par une cou- ronne d'alimentation en air de combustion percée de trous latéraux .
Dans le cas de gaz ayant un pouvoir calorifique insuffisant , on peut avoir avantage à y pulvériser de l'huile , par exemple en la projetant dans le courant de gaz en sens contraire de celui-ci . On peut aussi n'alimenter qu'en huile en remplaçant le gaz par un autre fluide gazeux plus ou moins inerte , tel que l'air , et en y faisant la pulvérisation @ d'huile .
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Dans une autre forme de réalisation, particulièremen applicable à l'alimentation en gaz , en huile ou en combus- tible solide pulvérisé , le combustible est injecté par des orifices constitués par des espaces ménagés entfe le corps du brûleur et un déflecteur terminal , ce dernier étant constitué par un corps creux comportant une couronne de trous latéraux pour l'injection de la nappe d'air secon- daire de combustion .
La forme de la flamme pourra être aussi éventuelle- ment modifiée par : a) un dispositif règlable destiné à donner à l'air primaire un mouvement hélicoïdal plus ou moins intense à son entrée dans le four . b) la position règlable du brûleur dans l'ouverture du four qui lui est destinée , cette position pouvant com- mander la direction générale de la flamme , et la distance entre la paroi intérieure du garnissage réfractaire en- tourant le brûleur et la zone où se développeront les nappes de combustible et d'air secondaire .
A titre d'exemples et pour faciliter l'intelligence de la description , on a représenté aux dessins annexés :
Figure 1 , une coupe axiale d'un four équipé confor- mément à la présente invention .
Figure 2 , une vue à plus grande échelle du brûleur de ce four .
Figure 3 , une coupe du brûleur suivant la ligne III-III de la figure 2 .
Figure 4 , une coupe d'un four conforme à la pré- sente invention .
Figure 5 , une coupe longitudinale d'un premier brûleur conforme à la présente invention , suivant la ligne II-II de la figure 6 .
Figure 6 , une coupe suivant la ligne III-III de la figure 5 .
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Figure 7 , une coupe longitudinale d'un second brûleur , conforme à la présente invention , suivant la li- gne IV-IV de la figure 8 .
Figure 8 , une coupe suivant la ligne V-V de la figure 7 .
Figure 9 , une coupe longitudinale d'un troisième brûleur , conforme à la présente invention , suivant la ligne VI-VI de la figure 10 .
Figure 10 , une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 9 .
Figure 11 , une vue de face d'un des éléments du déflecteur du brûleur représenté figures 9 et 10 .
Figure 12 , une coupe longitudinale d'un quatriè- me brûleur , conforme à la présente invention , suivant la ligne IX-IX de la figure 13 .
Figure 13 , une coupe suivant la ligne X-X de la figure 12 .
Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 1 à 3 , le four 1 est un four destiné à la fusion des métaux et particulièrement de l'acier par chauffage au gaz . Le brûleur est constitué par un tube 2 , cylindri- que percé de trous 3 et fermé à son extrémité par un fond 4 . Le gaz d'éclairage arrive par le conduit 5 sous une pression relativement élevée et s'échappe par les trous 3 .
Ces trous sont disposés ici en couronnes - Dans certaines couronnes , les trous 5- sont perpendiculaires à l'axe du tube 2 et forment ainsi une nappe plane perpendiculaire à l'axe du brûleur . Dans d'autres couronnes , les axes des trous 3 sont inclinés sur celui du/tube 2 et donnent une nappe conique . Certains trous auraient pu être sensiblement tangents au cylindre formé par le brûleur 2 de manière à former clés veines gazeuses à vitesse comportant une compo- sante tangentielle , susceptible d'accélérer le mélange air- comburant et , par suite , la combustion .
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L'oxygène nécessaire à la combustion est amené sous forne d'air . Cet ai'r arrive par un trou sylidrique e percé dans la paroi 7 du four 1, traversée par le brûleur 2 . Cet air arrive suivant une trajectoire hélicoïdale à pas aussi petit que possible . Dans ces conditions , l'air former.' à la sortie du trou 6 une nappe conique creuse , à angle relativement faible , dans laquelle. l'air circule non pas suivant les génératrices , mais sensiblement suivant une hé- lice conique .
Dans ces conditions , le gaz sortant des trous 3 du tube 2 , lèche la paroi réfractaire , traverse par suite de la grande vitesse relative eu égard à celle de l'air , la nappe d'air en brûlant plus ou moins complètement et vient s'étaler le long des parois longitudinales 8 du four 1 ou de la surface du métal 9 , et forme ainsi un écran protec- teur , empêchant l'oxydation de ce dernier .
Pour améliorer la combustion de la nappe de gaz , sur la face opposée à celle par laquelle arrive l'air , le tube 2 forme à son extrémité une chambre 10 , dans laquelle de l'air est envoyé par le conduit 11 et est projeté par des trous 12 qui sont ici inclinés sur l'axe du brûleur 2 et forment une nappe conique coupant la nappe de gaz formée par les trous 3 .
Cette injection d'air relativement faible , au coeur de la flamme , contribue à la raccourcir notablement en assu- rant la combustion du gaz qui y trouverait difficilement l'oxygène nécessaire .
Enfin , une légère fuite d'air peut être réservée vers l'avant du brûleur pour/supprimer le retour de flamme , sur l'embout du brûleur , provoqué par l'aspiration du jet d'air centrifuge .
En général , le gaz d'éclairage donne une flamme in- suffisamment chaude . On peut augmenter le pouvoir chauffant de la flamme en injectant dans la masse de gaz une faible quan- tité d'huile combustible . Dans le cas de la figure , l'huile
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est amenée par un conduit 13 à un gicleur 14 , placé en un point où la température du brûleur favorise la pulvérisation . l'injection d'huile est faite en sens contraire du courant de gaz comburant , ce qui assure une meilleure répartition d'huile dans le gaz .
Cette Injection d'huile présente en outre l'avantage de rendre la flamme rayonnante et , par suite , de rendre plus rapidement l'échange de calories entre la flamme et le four . La présente invention n'est pas limitée à l'exem- ple décrit ; ainsi , par exemple , les trous 5 forment sur le dessin un faisceau divergent . On peut avoir Intérêt , dans certains cas , par exemple , pour tenir dompte des pro- portions du four , de la nature des garnissages réfractaires , à prévoir des trous perpendiculaires à l'axe du brûleur 2 ou à prévoir des trous convergents . Ces trous 5 peuvent être de section identique ou différente suivant les cas . De même , dans le cas de la figure , l'injection d'huile est réalisée à contreèccurant du gaz .
Dans certains cas , cela peut être un inconvénient , par exemple si on est amené à augmenter la proportion d'huile dans le gaz . Dans ces conditions , on peut avoir avantage à incliner le flot d'huile arrivant par le gicleur 14 sur la direction du courant du gaz .
Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 4, 5 et 6 , le four l'est alimenté en air primaire par un orifice 2' . L'air primaire traverse un faisceau d'aubages 3', dont l'inclinaison peut être avantageusement réglée et qui lui communiquent un mouvement de rotation plus ou moins rapide . Cet air primaire pénètre donc dans le four 1 en exécutant un mouvement hélicoïdal dont le pas est fonction de l'inclinaison des aubages 3',
Le combustible gazeux et l'air secondaire arrivent dans le four par le brûleur 4' , dirigé normalement suivant l'axe de l'orifice 2' et par suite suivant l'axe du mouvement hélicoïdal de l'air primaire .
Ce brûleur 4' est orientable , @
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et peut être plus ou moins avancé vers l'intérieur du four 1'; il est formé par un tube , dans lequel le combustible pénè- tre par l'orifice 8' , et l'air secdndaire par le tube 5' .
Une arrivée 6' de combustible liquide y est prévue , pour en- richir le combustible gazeux . L'extrémité du tube 4' péné- trant dans le four l'est fermée . Le tube forme deux chambres 9' et 10' . La chambre 9' recevant le combustible communique avec l'extérieur par des ouvertures 19' . La chambre 10' recevant l'air secondaire , communique avec l'extérieur par des ouvertures 20' .
Le brûleur , représenté figures 5 ot 6 , est spéciale- ment destiné au chauffage par charbon pulvérisé . Celui-ci arrive au brûleur par une vis de distribution et une canali- sation souple , ou télescopique et articulée . Le charbon ainsi amené est repris par un fluide transporteur ( air , gaz combustible , gaz neutre , gaz comburant , etc... ) et arrive par le conduit 8' , devant un déflecteur 12' dont la forme aérodynamique détermine celle de la nappe du combustible en évitant les remous , qui provoqueraient des dépôts de charbon et leur cokéfaction . Le mélange charbon pulvérisé et fluide transporteur s'échappe par l'ouverture 19' formée par le déflecteur 12' et le tube 4' proprement dit . L'air secondaire , arrivant par les conduits 5' , pénètre dans la chambre 10' et s'échappe par l'ouverture 20' .
Le déflecteur 12' est mobile . En le déplaçant plus ou moins au moyen de tubes 18' on fait varier la section de l'ou- verture 19' du combustible vers le four 1' , et ainsi , on peut modifier la vitesse du combustible pour un débit détermi. né . On pourrait aussi faire varier le débit de combustible en maintenant la vitesse constante . Le combustible s'échappe donc à l'extérieur avec une vitesse inclinée sur l'axe du tube 4' et par suite sur celui du mouvement hélicoïdal de l'air primaire . La distance des ouvertures 19' et 20' est également réglable . A cet effet , la chambre 10 est formée
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par deux éléments télescopiques , dont l'écartement peut être réglé au moyen d'une commande à distance 17' .
Le combustible , sortant par l'ouverture 19' est sou- mis au rayonnement du four et au contact de l'air primaire , éventuellement préchauffé . On a intérêt à faire varier la durée du trajet , entre le moment où il s'échappe du brûleur 4' et le moment où il rencontre l'air secondaire , suivant la nature du combustible , spécialement dans le cas du charbon pulvérisé, de manière à amener un allumage convenable et une combustion aussi complète que possible . Cette durée de trajet peut être modifiée en agissant sur le débit et la sec- tion de l'ouverture 19' et en faisant varier la distance des ouvertures 19' et 20' comme il a été spécifié ci-dessus .
Il y a lieu de noter que l'échappement de l'air secondaire par l'ouverture 20' provoque un effet de succion , qui tend à ramener le combustible , sortant par l'ouverture 19' le long de la partie du tube , située au-delà du déflecteur 12' ej formant la chambre 10'
Il y a lieu de remarquer que l'air secondaire assure une bonn combustion de la partie centrale de la flamme et que la vitesse des filets d'air secondaire a un effet de dé- flection sur la flamme . On peut modifier la longueur de cette dernière en faisant varier la vitesse des filets d'air se- condaire , le rapport des débits entre l'air secondaire et la masse du mélange : charbon pulvérisé et fluide transpor- teur
Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 7 et 8 , le brûleur est spécialement destiné au chauffage par combustible liquide .
Celui-ci est refoulé par exemple par une pompe dans un pulvérisateur 21' , placé en amont du déflecteur 12' . Il est nécessaire que la pulvérisation soit très poussée pour produire une nappe étalée et une flamme courte . En dehors de ce point , le brûleur est ana- logue au précédent . Toutefois , dans ce cas du brûleur
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à combustible liquide , la chambre 10' est en une pièce, et la distance des ouvertures 19' et 20' est par suite invaria- ble .
Dans l'exemple de réalisation représenté figures 9 à 11 , le brûleur est spécialement destiné au chauffage par combus- tible gazeux.. Celui-ci surpressé , arrive sur le déflecteur 12'. Ce dernier peut être lisse ou mieux , présenter des cannelures 24' pour obtenir des veines de gaz plus denses qui pénètrent mieux dans l'air primaire et l'air secondaire et qui multiplient ainsi les surfaces de contact entre le gaz et l'air et ainsi accélèrent la combustion . Dans le cas du dessin , les cannelures 24' sont hélicoïdales pour créer des veines gazeuses giratoires , réparties sur un plan parpendi- culaire à l'axe du tube 4' ou sur un cône de même axe ; elles pourraient être aussi radiales .
Dans l'exemple de réalisation représenté figures 12 et 13 le brûleur est simplifié également en vue de l'alimentation en combustible gazeux . Il comporte plusieurs couronnes de trous 19 pour l'échappement du combustible et une seule cou- ronne de trous 20 pour l'échappement de l'air secondaire .
Dans chacun de ces deux derniers brûleurs , on peut , comme prévu dans la figure 4 , ajouter au combustible un autre combustible solide ou liquide pour améliorer le pou- voir émissif de la flamme .
Dans tous les brûleurs décrits , avec référence aux figures 4 à 13 , on peut noter que le déflecteur 12' est au- tomatique.nent refroidi par la circulation de l'air secondaire stéchappant par les ouvertures 20' et que les nappes de combustible et d'air secondaire sont inclinées sur l'axe du brûleur 4' et sur la direction du déplacement du courant dtair primaire . Ces nappes peuvent être formées de filets à l'origine rectilignes ou hélicoïdaux .
La forme de la flamme variera suivant les modifications apportées aux divers élé- ments utilisés ( vitesse de rotation et du déplacement axial
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de l'air primaire , section des ouvertures pour le passage du combustible et de l'air secondaire , inclinaison de ces ouvertures , répartition inégale de ces ouvertures sur la périphérie du brûleur 4' etc...) En particulier , pour obte- nir une répartition localisée des calories dans le four 1', les ouvertures 19' et 20' pourront être reparties inégalement sur la périphérie du brûleur . Ce résultat pourrait être obtenu en particulier en désaxant le déflecteur 12' par rap- port au tube 4' .
De même , en donnant aux ouvertures 19' des inclinaisons différentes le long de la périphérie du tube 4' les filets de combustible sont différemment inclinés sur l'axe du brûleur le long de la périphérie de ce dernier . On peut obtenir le même résultat pour l'air secondaire en agissant sur les ouvertures 20' . On peut donc en agissant convenable- ment sur les différents éléments du brûleur et de son ali- mentation , obtenir des flammes d'une forme prédéterminée .
REVENDICATIONS
1- Perfectionnement au chauffage des fours et foyers , caractérisé par le fait que la combustion est assu- rée par un courant d'air primaire suivant un trajet hélicoI- dal et un courant d'air secondaire , en forme de nappe sen- siblement perpendiculaire à l'axe du brûleur et dont la vi- tesse radiale est sensiblement plus élevée que la vitesse longitudinale de l'air primaire .