EP0269487B2 - Brûleur à gaz du type à air soufflé et à prémélange - Google Patents
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- EP0269487B2 EP0269487B2 EP87402425A EP87402425A EP0269487B2 EP 0269487 B2 EP0269487 B2 EP 0269487B2 EP 87402425 A EP87402425 A EP 87402425A EP 87402425 A EP87402425 A EP 87402425A EP 0269487 B2 EP0269487 B2 EP 0269487B2
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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
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
- F23C3/004—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for submerged combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q9/00—Pilot flame igniters
Definitions
- the present invention relates to a heating installation comprising a main burner with submerged combustion chamber and a pilot ignition burner suitable for this installation.
- One of the objects of the present invention is to solve these problems, thus ensuring good flame stability over the entire range of air and gas supply to the burner, without risking blowing or flashback.
- the invention relates to an installation according to claim 1.
- the relatively low-power pilot burner of the invention identified as a whole 1, essentially comprises a premix chamber 2 supplied with air and combustible gas by separate inlets respectively 3 and 4, advantageously opening into this chamber 2 substantially radially at 13 and 14.
- the chamber 2 which has the general shape of an elongated cylindrical box with substantially circular section is closed on its front face by a metal grid 5 for stabilization and d hanging of flames.
- This grid which is therefore relatively sensitive to thermal stresses (compared to ceramic plates) may, as known per se, have orifices of suitable diameter and distribution to ensure good adhesion and good stabilization of the flames at the entrance to the chamber. burner 6.
- the air and fuel gas inlets 3 and 4 open into the chamber 2 towards the end opposite the grid 5.
- the combustion chamber 6 constitutes the combustion chamber of the main burner, (marked 10).
- the premix chamber 2 On its rear face, the premix chamber 2 is closed by a wall 8 on which is mounted, in leaktight manner, in order to resist the internal pressure of the premix chamber, a means of visual control 9 of the flame.
- This control means can consist of a glass plate.
- FIG. 1 it will be noted that the front and rear sides of the burner have been identified by the letters AV and AR respectively, referring to the circulation of air and combustible gas, then of the gas mixture. in the burner, as shown by the arrows.
- the ignition of the burner is ensured by an electrode 11 supplied with high voltage suitable as shown in diagram 12 and suitably isolated, the ignition being effected by sparks or electric arc between the tip 13 'of the electrode d ignition and the adjacent wall of the grid 5 suitably grounded of the box forming the distribution chamber 2.
- the electric power supply cable 9 of the electrode 11 crosses, in a pressure-tight manner in the chamber in question, at 15, the wall of this chamber. Sealing can in particular be ensured by means of a cable gland.
- the air inlet 3 is provided with a passage 16 of relatively small cross section relative to that of the duct 3 , this orifice being formed in a part 17 of the diaphragm type, while on the complementary supply 4 of combustible gas, there is provided a member 18 with calibrated orifice 19, of the type injector or the like.
- the injector 18 is disposed at the opening 14 of the inlet 4 opening into the premix chamber 2.
- the gas flow rate is automatically adjusted to the value required by the calibrated injector regardless of the pressure variations of the gas supply (within a current range).
- the pilot pilot burner 1 is connected to the higher power burner, marked 10, by means of a tube 24 plunging into the bath 7 to be heated and having a slightly diameter more important than that of the chamber 2.
- This tube 24 can consist of a substantially vertical projection projecting from the wall of the combustion chamber 6.
- a joint or support plane 25 situated above the level 7 ′ of the bath 7 allows the pilot burner to be correctly positioned with respect to the main burner 6, so that the pilot opens substantially perpendicularly into the combustion chamber 6 of the main burner, extending only very slightly therein in order to do not disturb the operating conditions of said main burner.
- Seals 26 can seal between the base of the tube 24 and the opposite part of the pilot premix chamber.
- the immersion depth of the main burner 10 is, in practice, currently not limited.
- such an ionization electrode 27 is, when provided, advantageously mounted with the ignition electrode 11, towards the central part of the flame stabilization grid 5, substantially parallel to the direction d flow of the fuel mixture from the premix chamber 2 to the combustion chamber 6.
- the pilot burner 1 is supplied with combustible gas by a pipe 30 connected to the general distribution channel 34, and with air by a pipe 31, the air and combustible gas inlets 3 and 4 in FIG. 1 constituting the through ends of the pipes 30 and 31 at the level of the premix chamber of the burner.
- the lines 30 and 31 show the valves 23 and 22.
- the pipe 31 for supplying air to the pilot is in fact an air pipe coming from the pipe for supplying air to the main burner.
- the “total" air necessary to ensure good operating conditions for the pilot burner 1 and the main burner 10 immersed in the heating bath 7, is supplied by a fan or compressor 32 which supplies not only the pipe 31, but also driving 33.
- the main burner 10 is supplied with air by this pipe 33 and with combustible gas by a pipe 35 also connected to the general distribution channel 34, the premix being then delivered to the supply pipe 36 to the burner 10.
- the main burner 10 is ignited, as known per se, by means of the pilot burner 1.
- the pilot burner 1 is supplied with an air / combustible gas ratio lower than the stoichiometric dosage.
- the main burner 10 is supplied with premix with a slight excess of air.
- the air / fuel gas dosage of the pilot burner is perfected by an additional supply of air at the level of the grate shown diagrammatically in 5 opening into the combustion chamber 6, thus achieving the stoichiometric dosage of the fuel mixture of the burner- pilot 1.
- the excess air present in the feed premix of the main burner 10 and which is used by the pilot burner 1 makes it possible to find substantially stoichiometric conditions at the level of the main burner 10.
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Description
- La présente invention a pour objet une installation de chauffage comprenant un brûleur principal à chambre de combustion immergée et un brûleur pilote d'allumage adapté à cette installation.
- On connaît déjà, notamment au brevet US-A-3 957 421, un brûleur à gaz comprenant :
- - une chambre de prémélange pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible,
- - une chambre de combustion sur laquelle débouche une extrémité de la chambre de prémélange,
- - une arrivée d'air comburant communiquant avec la chambre de prémélange et présentant localement un rétrécissement avec un passage pour l'air comburant,
- - une arrivée de gaz combustible communiquant avec la chambre de prémélange et comprenant un orifice calibré pour le passage du gaz combustible.
- Mais sur un brûleur de cette catégorie, des problèmes de réglage du débit air/gaz combustible apparaissent souvent, problèmes consécutifs à des fluctuations de pression ou à des pertes de charge. Or un dosage défectueux du rapport air/gaz combustible entraîne des instabilités de flammes nuisant profondément au bon fonctionnement du brûleur.
- L'un des objets de la présente invention est de résoudre ces problèmes, permettant ainsi d'assurer une bonne stabilité de flamme sur toute la gamme d'alimentation en air et en gaz du brûleur, sans risquer de soufflage ou de retour de flammes.
- De façon précise, l'invention concerne une installation selon la revendication 1.
- Avec une telle installation, il est possible de régler de façon fine le dosage air/gaz combustible, et d'assurer un accrochage stable de la flamme sur la grille du brûleur pilote d'allumage.
- Enfin le procédé auquel se rapporte l'invention pour allumer le brûleur principal de l'installation au moyen de son brûleur pilote permet également de résoudre les problèmes de réglage du débit air/gaz combustible rencontrés sur les brûleurs existants de même catégorie.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- - la figure 1 illustre, de façon schématique le brûleur pilote d'allumage, et
- - la figure 2 montre, à plus petite échelle, un schéma de montage du brûleur-pilote, pour l'allumage d'un brûleur principal immergeable d'une installation de plus forte puissance.
- En se reportant tout d'abord à la figure 1, le brûleur-pilote de relativement faible puissance de l'invention, repéré dans son ensemble 1, comporte essentiellement une chambre 2 de prémélange alimentée en air et en gaz combustible par des arrivées séparées respectivement 3 et 4, débouchant avantageusement dans cette chambre 2 sensiblement radialement en 13 et 14. La chambre 2 qui a la forme générale d'un caisson cylindrique allongé à section sensiblement circulaire est obturée sur sa face avant par une grille 5 métallique de stabilisation et d'accrochage de flammes. Cette grille qui est donc relativement sensible aux contraintes thermiques (comparée aux plaquettes céramiques) peut, comme connu en soi, comporter des orifices de diamètre et de répartition convenables pour assurer un bon accrochage et une bonne stabilisation des flammes à l'entrée de la chambre de combustion 6 du brûleur.
- Les arrivées 3 et 4 d'air et de gaz combustible débouchent dans la chambre 2 vers l'extrémité opposée à la grille 5.
- Dans le cas illustré où le brûleur de l'invention est utilisé en tant que brûleur-pilote d'allumage d'un brûleur immergeable dans le liquide à chauffer (repéré 7 avec un niveau 7') d'une installation de plus forte puissance, la chambre de combustion 6 constitue la chambre de combustion du brûleur principal, (repéré 10).
- Sur sa face arrière, la chambre de prémélange 2 est fermée par une paroi 8 sur laquelle est monté, de façon étanche, afin de résister à la pression interne de la chambre de prémélange, un moyen de contrôle visuel 9 de la flamme. Ce moyen de contrôle peut consister en une plaque de verre.
- Sur la figure 1, on notera que l'on a repéré par des lettres AV et AR le côté respectivement "avant" et "arrière" du brûleur en faisant référence à la circulation de l'air et du gaz combustible, puis du mélange gazeux dans le brûleur, tel que schématisé par les flèches.
- Tel qu'illustré, l'allumage du brûleur est assuré par une électrode 11 alimentée sous haute tension convenable comme schématisé en 12 et convenablement isolée, l'allumage s'effectuant par étincelles ou arc électrique entre la pointe 13' de l'électrode d'allumage et la paroi voisine de la grille 5 convenablement mise à la masse du caisson formant la chambre de répartition 2.
- Le câble d'alimentation 9 en énergie électrique de l'électrode 11 traverse, de façon étanche à la pression de la chambre considérée, en 15, la paroi de cette chambre. L'étanchéité peut notamment être assurée au moyen d'un presse-étoupe.
- Pour assurer un réglage adapté et requis des débits d'air et de gaz combustible sur toute la gamme de pression d'alimentation, on prévoit sur l'arrivée 3 d'air un passage 16 de relativement faible section par rapport à celle du conduit 3, cet orifice étant ménagé dans une pièce 17 du type diaphragme, tandis que sur l'arrivée complémentaire 4 de gaz combustible, est prévu un organe 18 à orifice calibré 19, du type injecteur ou similaire.
- Tel qu'illustré, l'injecteur 18 est disposé au niveau de l'ouverture 14 de l'arrivée 4 débouchant dans la chambre de prémélange 2.
- De cette façon, on crée une légère surpression au niveau de la chambre 2 dans laquelle va s'écouler le mélange vers la chambre de combustion 6, où la pression est légèrement inférieure. On peut alors aisément adapter le débit d'air et de gaz combustible requis en relevant par des capteurs de pression 20, 21 les pressions statiques régnant respectivement dans le conduit d'alimentation en air 3 et dans la chambre de prémélange.
- Le réglage du débit d'air permettant un dosage convenable du mélange air/gaz s'effectue, sur la base des informations fournies par les capteurs 20, 21 au moyen de la vanne 22, prévue sur la conduite d'arrivée 3 en amont du diaphragme 17 (figure 2).
- Le débit de gaz est automatiquement réglé à la valeur requise par l'injecteur calibré quelles que soient les variations de pression de l'alimentation en gaz (dans une plage courante).
- Tel qu'illustré sur cette figure 1, le brûleur-pilote d'allumage 1 est relié au brûleur de plus forte puissance, repéré 10, par l'intermédiaire d'un tube 24 plongeant dans le bain 7 à chauffer et présentant un diamètre légèrement plus important que celui de la chambre 2. Ce tube 24 peut consister en un prolongement sensiblement vertical saillant de la paroi de la chambre de combustion 6. Un plan de joint ou d'appui 25 situé au-dessus du niveau 7' du bain 7 permet de positionner correctement le brûleur-pilote d'allumage par rapport au brûleur principal 6, de façon que le pilote débouche sensiblement perpendiculairement dans la chambre de combustion 6 du brûleur principal, en ne s'étendant que très légèrement dans celle-ci afin de ne pas perturber les conditions de fonctionnement dudit brûleur principal. Des joints 26 peuvent assurer l'étanchéité entre la base du tube 24 et la partie en regard de la chambre de prémélange du pilote.
- Comme on le comprend, avec une telle disposition et grâce à la surpression régnant dans la chambre de prémélange 2 du brûleur-pilote, la profondeur d'immersion du brûleur principal 10 n'est, en pratique, actuellement pas limitée.
- Généralement sur cette figure 1, on remarque également que l'on a représenté en trait pointillé une électrode d'ionisation 27 traversant la grille 5 de stabilisation de flammes, comme l'électrode d'allumage 11 à côté de laquelle elle est placée.
- Bien que non indispensable, une telle électrode d'ionisation 27 est, lorsqu'elle est prévue, avantageusement montée avec l'électrode d'allumage 11, vers la partie centrale de la grille 5 de stabilisation de flammes, sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du mélange combustible de la chambre de prémélange 2 vers la chambre de combustion 6.
- Également en trait pointillé, on a représenté en 28 le câble d'alimentation sous tension convenable de l'électrode 27 convenablement isolé, ce câble 28 s'étendant dans la chambre de prémélange 2 avant de traverser sa paroi de façon étanche à la pression considérée, en 29, la grille formant masse pour le fonctionnement de l'électrode d'ionisation.
- On notera que la prévision d'une telle électrode d'ionisation permet d'éviter la mise en place sur le brûleur principal immergé, d'une cellule de contrôle de la flamme du type sensible aux rayonnements ultraviolets.
- On va maintenant se référer à la figure 2 où est représenté, à plus petite échelle, un schéma complet de montage de l'installation.
- Tel qu'illustré, le brûleur-pilote 1 est alimenté en gaz combustible par une conduite 30 reliée au canal général de distribution 34, et en air par une conduite 31, les arrivées d'air et de gaz combustible 3 et 4 de la figure 1 constituant les extrémités débouchantes des conduites 30 et 31 au niveau de la chambre de prémélange du brûleur.
- Sur les conduites 30 et 31 on a représenté les vannes 23 et 22.
- La conduite 31 d'amenée d'air au pilote est en fait une conduite d'air issue de la conduite d'amenée d'air au brûleur principal.
- L'air "total" nécessaire pour assurer de bonnes conditions de fonctionnement au brûleur-pilote 1 et au brûleur principal 10 immergé dans le bain à chauffer 7, est délivré par un ventilateurou compresseur 32 qui alimente, non seulement la conduite 31, mais également la conduite 33.
- Le brûleur principal 10 est alimenté en air par cette conduite 33 et en gaz combustible par une conduite 35 également reliée au canal de distribution général 34, le prémélange étant alors délivré au conduit 36 d'alimentation du brûleur 10.
- L'allumage du brûleur principal 10 est, comme connu en soi, réalisé au moyen du brûleur-pilote 1.
- Toutefois, selon l'invention, lors de cet allumage, on alimente le brûleur-pilote 1 avec un rapport air/gaz combustible inférieur au dosage stoechiométrique. Par contre, on alimente le brûleur principal 10 en prémélange avec un léger excès d'air. Ainsi, on parfait le dosage air/gaz combustible du brûleur-pilote par une alimentation complémentaire en air au niveau de la surface de la grille schématisée en 5 débouchant dans la chambre de combustion 6, réalisant ainsi le dosage stoechiométrique du mélange combustible du brûleur-pilote 1.
- L'excès d'air présent dans le prémélange d'alimentation du brûleur principal 10 et qui est utilisé par le brûleur-pilote 1, permet de retrouver des conditions sensiblement stoechiométriques au niveau du brûleur principal 10.
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