FR2468833A1 - Bruleur a recyclage et procede de mise en application de ce bruleur - Google Patents

Abstract

a. Brûleur à recyclage fonctionnant avec de l'air de combustion à haute température (314 à 1 314 degrés C). b. Brûleur caractérisé en ce qu'il comprend un tube central en céramique 10 muni d'un porte-flamme 14, un corps cylindrique de brûleur 24 en céramique, et un manchon de recyclage 20 en céramique, cette disposition permettant de recycler les gaz venant du four dans le manchon 20, et de les mélanger avec de l'air de combustion chaud arrivant par un passage 28 et des moyens réglables 29, 30 et 32 de formation d'un courant d'air. c. Linvention s'applique notamment aux fours de forgeage de l'acier.

Description

-.- 2468833

1.- - L'inention concerne un brûleur-à recyclage destiné à être utilisé de préférence dans un four à conservation d'énergie utilisant un récupérateur de préchauffage de l'air de combustion à une température de 315 à 1.3140 C dans un four de forgeage de l'acier. Dans un four à conservation d'énergie utilisant un récupérateur et un brûleur à recyclage tels que ceux décrits dans le brevet U.S.A. 4.060.379 déposé le 29 novembre 1977 par le même mandataire que celui de la présente invention, on pourra trouver un exemple de brûleur à recyclage fonctionnant de façon tout à fait satisfaisante. L'invention concerne cependant ici une forme perfectionnée de brûleur à recyclage pouvant s'utiliser dans le four décrit dans le brevet

ci-dessus. Les perfectionnements apportés par le brûleur à recy-

clage selon l'invention, ainsi que les différentes caractéristi-

ques et avantages de celui-ci apparaitront plus clairement à la

lecture de la description détaillée qui suit.

L'invention a essentiellement pour but de créer un brûleur à recyclage de taille nettement réduite, en particulier en longueur, cette réduction de taille se faisant sans la moindre dégradation du rendement de fonctionnement du brûleur. Une telle réduction de taille permet de simplifier l'utilisation et la mise en service du brûleur, et demande en particulier beaucoup moins de place que les dispositifs selon

l'art antérieur pour sortir le brûleur du four.

L'invention a également pour but de créer des moyens perfectionnés de contr8le et de mesure de l'air de combustion pénétrant dans le brûleur. On décrira à ce sujet un dispositif de buse perfectionnée utilisant de préférence une soupape à plongeur permettant un réglage linéaire amélioré de l'admission d'air dans le brûleur. Cette caractéristique permet

d'obtenir une meilleure distribution du débit annulaire péné-

trant dans le brûleur, et de garantir une relation plus linéaire entre la position physique de la soupape et la quantité d'air qui la traverse, tout en réduisant le niveau des fuites lorsque la soupape est en position de fermeture. On remarquera à ce sujet que le brevet U.S.A. no 4.o60.379 décrit une buse de direction de l'air de combustion mais ne décrit pas les moyens

de commande associés à cette buse.

L'invention a encore pour but de créer un 2.- brûleur à recyclage permettant de recevoir l'air de combustion préchauffé, le front de flamme de ce br leur étant de préférence maintenu loin du brûleur dans la cavité du four, de manière à

augmenter le recyclage des gaz du four et à optimiser le rende-

ment du brûleur0 L'invention a encore pour but de créer un

brûleur à recyclage perfectionné permettant de réduire la consom-

mation d'énergie nécessaire pour maintenir la température de

fonctionnement voulue correspondant aux applications du four.

L'invention a encore pour but de produire un mélange très efficace à l'intérieur de la cavité du four pour éviter les poches de stratification de gaz isolées risquant de

produire un chauffage non uniforme des surfaces d'absuption d'é-

nergie thermique du four.

L'invention a encore pour but de créer un brûleur à recyclage fonctionnant à température relativement élevée de l'air d'admission, pour permettre ainsi une économie de carburant très importante en optimisant le processus de combustion. L'invention a encore pour but de créer une forme de brûleur à recyclage interne perfectionné donnant un niveau de fumée plus faible et permettant un fonctionnement soit avec de l'air ambiant soit avec de l'air fortement préchauffé

à des températures se situant entre 315 et 13140 C ou éventuel-

lement plus haut. Bien qu'il soit préférable d'utiliser de l'air

fortement préchauffé, on a pu constater que l'invention permet-

tait d'afgmenter le rendement du four même en utilisant de

l'air de combustion à température ambiante.

L'invention a encore pour but de créer un brûleur capable de fonctionner au voisinage ou très près du rapport air/carburant ou rapport stoichiométrique optimum, sans production de quantités excessives d'oxyde azotique ou de

particules de fumées.

L'invention a encore pour but de créer un brûleur à recyclage interne capable de brûler une grande variété de carburants tels que du gaz naturel ou un mélange de charbon

et de résidus de mazout en proportions de 50 %.

L'invention a encore pour but de créer une forme perfectionnée de brûleur à recyclage permettant de fonctionner dans une grande plage de débits indépendants de

carburant et d'air, tout en conservant un même réglage géométri-

24 k f8833 3.- que de la buse et autres éléments de production de la flamme, ce qui permet ainsi de baisser dans de grandes proportions l'énergie libérée par le brûleur et de faire varier dans une

grande plage le rapport entre le carburant et l'air.

L'invention a encore pour but de créer

une forme perfectionnée de brûleur à recyclage interne s'adap-

tant au système de four et permettant d'échanger facilement

le brûleur seon l'invention avec Vautres formes de brûleurs.

L'invention a encore pour but de permettre la combustion d'une grande variété de combustibles fossibles dans la cavité du four en éliminant complètement le "brouillard

gris", produit par les brûleurs actuels, qui gène considérable-

ment la transmission d'énergie entre la flamme et les surfaces

d'absorption de chaleur du four par rayonnement.

L'invention a encore pour but de créer un brûleur se rapprochant au maximum d'un "mélangeur parfait". Dans un tel brûleur, des quantités stoichiométriques de combustible

et d'air réagissent pour former des produits de combustion com-

plète sans formation d'hydrocarbures non brûlés et sans libéra-

tion d'un excès d'oxygène (ou d'air) entraînant et perdant l'énergie libérée par le processus de combustion. Le but de cet aspect de l'invention est d'atteindre les caractéristiques du

mélangeur parfait et de fournir la possibilité d'utiliser effec-

tivement des solvants absorbant le soufre contenu dans le carbu-

rant. L'éljminàtion du soufre par adjonction de produits ré:agis-

sant dans la flamme pour absorber le soufre du carburant, a en effet constitué jusqu'à maintenant un sujet de recherches très important. Des démonstrations de laboratoire ont montré

la possibilité d'utiliser des solvants directement dans le car-

burant, en pratique, cependant, ces procédés conduisent à des niveaux d'absorption de 75 à 80 %, ce qui ne convient pas. De plus, il a fallu utiliser de grandes quantités de solvants pour obtenir ces résultats. Dans la plupart des cas il faut utiliser 3 à 5 fois la quantité stoichiométrique de solvant pour obtenir

un niveau d'absorption du soufre de 80 %.

Des démonstrations ont été effectuées dans

le cadre de l'invention en utilisant des solvants à des concen-

trations comprises entre 1,5 et 2 fois la quantité stoichiomé-

trique. Ces essais ont été effectués avec un mélange de 50 % de charbon et d'huile no 6. Les résultats de ces essais ont 4.- montré que 96 % du soufre contenu dans le carburant pouvait Atre éliminé dans la zone de la flamme par utilisation de

solvants dans le brûleur selon l'invention.

Pour atteindre les buts ci-dessus, l'inven-

tion utilise un brûleur à recyclage interne perfectionné se montant de préférence dans un four à conservation d'énergie, bien que le brûleur selon l'invention puisse également se monter dans n'importe quel type de système de four présentant une zone de combustion bien définie comme par exemple dans un générateur de vapeur ou un four de fusion de l'aluminium. Le brûleur selon l'invention s'utilise typiquement dans un four à conservation

d'énergie comprenant un récupérateur destiné à récupérer l'éner-

gie des gaz d'échappement comme on le fait dans les fours de

fusion du verre.

Le brûleur à récupération selon l'inven-

tion peut fonctionner avec de l'air préchauffé à une température se situant entre 315 et 1.3140 C ou même plus haut. Le brûleur selon l'invention peut également s'utiliser avec avantage sans

récupérateur et sans réchauffage de l'air de combustion.

Les caractéristiques de recyclage permet-

tent d'obtenir un certain préchauffage des produits de combus-

tion arrivant devant la zone de flamme, m8me lorsqu'on n'utilise pas de récupérateur, et une certaine dilution due à la diffusion et au mélange de l'air avec les gaz de recyclage circulant dans le brûleur. Cela permet d'optimiser la concentration en oxygène du mélange de gaz et d'air au voisinage de la flamme, avec une concentration très élevée en oxygène à l'endroit du noyau de la flamme. La concentration en oxygène diminue progressivement

lorsqu'on s'écarte radialement du noyau pour atteindre une con-

centration minimum sur les bords extérieurs du courant de gaz.

La zone de combustion du four se trouve donc enfermée dans une

gaine cylindrique de gaz recyclés à haute température.

Le résultat de la formation de cette gaine de gaz de recyclage à très haute température, riches en C02, autour de la zone de flamme (et plus précisément au moyen de cette flamme), cette gaine étant pauvre en oxygène, est de créer

une flamme de brieur très propre rayonnant parfaitement bien.

Le CO2 se dissocie en CO, ce qui libère de l'oxygène atomique participant au processus de combustion. La contribution de ce C02 à haute température, au processus de combustion, permet 5.- d'obtenir une flamme de brûleur très propre avec très peu d'air

en excès.

L'invention concerne à cet effet un brûleur capable de fonctionner avec de l'air de combustion arrivant à une température comprise entre 314 et 1. 3140 C et m4me plus,

brûleur caractérisé en ce qu'il comprend un tube central défi-

nissant une partie de tube avant en céramique à très haute résistance thermique munie d'un porte-flamme à l'extrémité avant du brûleur; un corps cylindrique de brûleur en céramique à haute résistance thermique entourant le tube en céramique; un manchon de recyclage en céramique à haute résistance thermique entourant le tube en céramique et se plaçant entre le tube en ceramique et le corps cylindrique de manière à former un passage de recyclage permettant aux gaz du four de passer entre ce corps cylindrique et ce manchon pour aller de l'extrémité avant du

brûleur vers une zone arrière de soufflerie du brûleur, et reve-

nir ensuite vers l'avant en passant entre le tube et le manchon de manière à entourer complètement le tube pour sortir enfin par son extrémité avant, cette zone de soufflerie qui entoure le tube central étant définie en partie par une paroi arrière en céramique à haute résistance thermique; des moyens de fourniture d'un courant d'air de combustion circulant entre le tube central et le manchon, ces moyens comprenant une chambre à revêtement en céramique à haute résistance thermique et un bouchon en céramique à haute résistance thermique; un passage d'admission d'air de combustion chaud dans la chambre; et des moyens de monture du bouchon dans une position prédéterminée permettant

de régler la taille du passage d'admission d'air et par consé-

quant de régler le passage de l'air de combustion pénétrant

dans le canal conducteur.

Le brûleur selon l'invention est ainsi construit de manière à être considérablement plus court que la configuration décrite dans le brevet U. S.A. no 4.o60.379. De cette façon la distance de fonctionnement comprise entre la paroi extérieure du four et la pièce d'obstruction la plus voisine, se trouve nettement augmentée ce qui facilite le démontage du brûleur pour les problèmes deentretien. La forme de recyclage selon l'invention permet d'optimiser facilement la libération et le transfert de chaleur car la dynamique du 4o processus de combustion élimine le "brouillard gris" et les poches stratifiées de gaz dans la zone du four. L'amélioration des vitesses de transfert de chaleur réduit le temps nécessaire pour l'opération de chauffage d'un processus tel que le forgeage de l'acier, ce qui réduit à son tour la quantité d'écailles d'oxyde formées sur l'acier en améliorant ainsi la durée de vie des matrices de forgeage et en réduisant les pertes de matériau

par oxydation de surface.

Pratiquement tous les éléments du brûleur exposés à la chaleur du four et à l'air de combustion préchauffé, sont réalisés dans des matériaux résistant parfaitement bien à

la chaleur et aux chocs thermiques, ou dans des matériaux métal-

liques portant un revêtement de céramique les protégeant contre

les hautes températures du gaz et de l'air préchauffé.

Le brûleur selon l'invention est constitué de six sous-ensembles principaux qui sont 1.- Un châssis m6tallique isolé intérieurement 2.- Une buse d'arrivée d'air de combustion comprenant une plaque de buse et un bouchon; 3.- Un corps cylindrique de brûleur; 4.- Un manchon de recyclage muni de moyens de mise en place 5.- Un tube central; 6.- Un ensemble de noyau comprenant le système d'alimentation en carburant, la sécurité d'allumage de flamme, et de

petits détecteurs de pourcentage d'air.

Le brûleur est conçu pour s'introduine à travers la paroi de la cavité du four, et sa forme lui permet de s'adapter à une grande variété d'épaisseurs de parois. Quand le brûleur est en place dans la paroi d'un four, ses limites sont constituées par la cavité du four, les parois du four et l'atmosphère ambiante ou extérieure dans laquelle se trouvent

l'ensemble de four et de brûleur.

Le brûleur est muni d'un certain nombre d'équipements annexes qui dépendent de l'application prévue,

des régulations locales, et du type de combustible à brûler.

Ces équipements annexes comprennent typiquement une source de carburant arrivant au moteur sous pression et sous forme de liquide de gaz ou de poudre fluidifiée, une source d'air de combustion, une source d'air de refroidissement, une source

de puissance électrique d'allumage, un combustible d'entratne-

ment normalement constitué par un gaz, un circuit électrique de détection de la présence ou de l'absence de flamme, et un circuit de détection électrique permettant de mesurer la teneur en oxygène de la cavité du four au voisinage immédiat du brûleur,

Un tube cylindrique central est monté -

coaxialement dans le carter de brûleur et fixé en place par des boulons. L'ensemble de noyau est monté coaxialement dans le tube central et maintenu en place de façon typique par deux loquets permettant un montage et un démontage faciles. Le noyau central comporte toutes les possibilités de variantes permettant de passer d'un carburant à unautre. Par exemple le passage du gaz naturel au mazout ne demande que le changement du noyau pour

permettre-l'adaptation au combustible à brûler. La buse de car-

burant introduisant le carburant dans la zone de mélange, est placée au centre du porte-flamme et fait légèrement saillie dans la cavité du four de manière à amener le carburant en un point

précis pour maintenir une flamme stable.

Un corps cylindrique de brûleur se montre entre le carter et la paroi du four. Ce corps cylindrique est maintenu en place dans le carter par des loquets métalliques et sert de surface de monture pour la plaque de buse d'air de combu tion et pour le manchon de recyclage. Ce manchon de recyclage est monté coaxialement dans le corps cylindrique du côté four du brûleur, et la plaque de buse d'air est montée du c8té opposé du brûleur. Des passages annulaires sont formés entre le corps cylindrique et le manchon de recyclage et entre le manchon de recyclage et le tube central. L'air de combustion sous pression pénètre dans le brûleur par le rebord d'admission d'air de combustion du carter et traverse ce carter pour atteindre la buse de combustion d'air. Une soupape à plongeur, montée de façon mobile sur le tube central, se place de manière à permettr à l'air de passer à travers la plaque de buse et le long de la

surface. du tube central.

Par suite de l'"Effet Coanda", l'air de combustion a tendance à suivre la surface du tube central jusqu' ce qu'il rencontre le déflecteur placé à l'extrémité du tube central. En ce point le débit d'air se détache du tube central et des tourillons se forment de manière à créer les conditions de maintien de la flamme à l'endroit o le carburant est injecté La pression de l'air de combustion délivré au brûleur dépend 4o essentiellement de l'énergie cinétique du débit d'air traversant la plaque de buse. Par suite, des lois physiques bien connues montrent que la pression au voisinage immédiat du jet sortant de la plaque de buse, tombe au-dessous de la pression régnant

dans la cavité du four.

Des dépressions de l'ordre de 2,5 à 12,5 millimètres d'eau ou plus ont été mesurées entre le manchon de recyclage et la plaque de buse. Ces dépressions ont pour résultat de faire passer les produits de combustion gazeux du four dans le passage annulaire situé entre l'arc du- brûleur et le diamètre extérieur du manchon de recyclage, de façon que ces gaz rejoignent le jet incident d'air de combustion. Les gaz du four sont entraînés par cet air et circulent parallèlement à celui-ci pour former une gaine de gaz à haute température

entourant coaxialement le débit d-'air.

Un certain mélange se produit entre les

gaz recyclés du four et l'air de combustion. Du fait des dif-

férences de température entre les deux courants de gaz, le mé-

lange est très limité, de sorte que le courant le plus proche

du tube central est essentiellement un courant d'air de combus-

tion avec une teneur en volume d'oxygène se situant entre 10 /0 et 20 % au voisinage de la surface du tube central, tandis que la compostion du courant de gaz le plus voisin de la surface intérieure du manchon de recyclage, comprend essentiellement du gaz de recyclage présentant la même composition que le gaz situé

dans la cavité du four.

L'air de combustion entouré de sa gaine de gaz de recyclage pénètre dans la zone de flamme avec un débit en poids de m4me ordre de grandeur que le débit d'air, de sorte que chaque courant d'air de combustion incident est accompagné d'une masse équivalente de gaz recyclé à partir de la cavité du four, les proportions pouvant cependant varier entre des rapports de 0, 2 à 2 du gaz recyclé à l'air de combustion. Lorsque le débit combiné de gaz et d'air sort du brûleur, le porte-flamme provoque la séparation du débit d'air en tourbillons se situant au point d'introduction du carburant. La rupture du courant de gaz et d'air produit une zone de maintien de flamme déclenchant et

entretenant le processus de combustion.

Pour obtenir une combustion propre produi-

sant le minimum de particules de déchets ou de fumées et le minimum d'oxydes azotés, le débit ne doit pas être perturbé au 9.- point de détruire la gaine de gaz de recyclage entourant la zone de flamme. En prolongeant cette gaine dans la cavité du four on peut obtenir une flamme extrêmement lumineuse. Le noyau central manquant relativement d'oxygène, la combustion est riche et donne de fines particules de carbone se comportant comme des sources très efficaces de rayonnement thermique. Cela permet d'obtenir un transfert très efficace de l'énergie libérée par la flamme, par rayonnement vers les parois du four. La gaine à haute température de gaz de recyclage contient du 0O2 qui se

dissocie en donnant de l'oxygène atomique oxydant très effica-

cement les particules de combustible en CO et CO2. Lorsque la flamme progresse vers l'aval dans la cavité du four, le CO

s'oxyde en CG2 sous l'action de l'oxygène restant.

L'effet de combustion étagée du processus

décrit ci-dessus permet deobtenir le minimum d'oxyde azotique.

Le fait d'éviter la présence d'un excès d'oxygène dans le noyau

à haute température supprime la fixation de l'azote atmosphé-

rique. Le rendement du brûleur est si élevé, à ce point de vue, qu'on peut très bien réussir à brûler des mélanges de charbon et de mazout avec des excès d'air inférieurs à 2,5 %, les gaz de sortie ne contenant pratiquement pas de déchets de carbone et leur teneur en oxydeazotique étant inférieure à la moitié de

celle obtenue avec des brûleurs classiques comparables fonction-

nant dans les mêmes conditions.

L'invention sera mieux comprise à la

lecture de la description détaillée qui suit et qui se réfère

aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'une réalisation de brûleur selon l'invention, et

- la figure 2 est un graphique de fonction-

nement du brûleur selon l'invention.

La figure 1 représente un brûleur à recy-

clage interne dont les éléments sont essentiellement réalisés en

céramique ou autre matériau analogue à haute résistance thermi-

que. Ce brûleur peut être du type général de ceux utilisés dans un four à conservation d'énergie tel que celui décrit dans le breet U.S.A. no 4o060379. Le brûleur peut être supporté par le four de manière classiques au moyen d'un support analogue à celui

décrit dans le brevet U.S.A. ci-dessus.

4o Le breleur comprend un corps ou tube cen-

10.. 2468833

tral 10 monté en position fixe par rapport à un rebord tubulaire

central fixé sur l'ensemble de chassis de brûleur 69. L'extré-

mité avant du corps central 10 définit un porte-flamme ou déflecteur 14 de forme annulaire. Le corps central 10 porte des moyens comprenant un ensemble de noyau 16 destiné à assurer l'allumage du débit de combustible et la surveillance de la flamme dans la zone de combustion 18. L'ensemble de noyau est maintenu en place par deux loquets 71 reliant le noyau au

rebord de tube central 12.

Le long de la section du corps central 10 la plus voisine du four, se trouve un manchon de recyclage 20 entourant le corps central. On remarquera que le manchon de recyclage 20 se termine un peu avant l'extrémité du porte-flamme 14, et que son autre extrémité se termine un peu avant de venir toucher la plaque de buse 34. Le manchon de recyclage 20 est entouré par le corps cylindrique de brûleur 24 supporté de façon fixe à son extrémité intérieure 25, par des agrafes soudées au

chassis de brûleur 27. La figure 1 représente également un pas-

sage d'admission 28 amenant l'air de combustion dans la zone de soufflerie 29 à partir de laquelle l'air passe dans la buse 30 formée par les orifices 38 de la plaque de buse 34. La zone de

soufflerie 29 est de forme générale annulaire.

Les.moyens de buse comprennent un bouchon de buse annulaire 32 destiné à se régler à un débit d'air voulu, et une plaque de buse annulaire 34, munie, d'un c8té, d'un anneau de distribution 36 muni d'un certain nombre de trous de distribution espacés 38. Le bouchon de buse 32 est de préférence maintenu en place par deux tiges 40 fixées, dans des positions diamétralement opposées, sur ce bouchon de buse 32. Les extrémités

extérieures des tiges 40 sortant à l'extérieur du châssis de brû-

leur, peuvent être reliées en commun à une barre de réglage pouvant être manoeuvrée à la main par un opérateur, ou commandée

par tout autre moteur électrique actionné à distance.

Lorsque l'air quitte la zone de soufflerie

29, cet air passe à travers les trous 38 de l'anneau de distri-

bution. La surface d'ouverture de ces trous se détermine en

réglant le bouchon de buse 32 par rapport à ces trous de distri-.

bution, ce réglage assurant également le mouvement relatif entre le bouchon de buse et la plaque de buse 34, en particulier aux extrémités respectives 32 A et 34 A du bouchon de buse 32 et de la

11.. 2468833

la plaque de buse 34. Le débit d'air traverse tout le dispositif de buse 30 et suit le corps central 10 jusqu'à son extrémité de porte-flamme. Au passage du débit d'air le long de la surface du tube central 10, un certain mélange se produit entre l'air et le gaz neutralisé. La valeur de ce mélange est très importante

pour déterminer les caractéristiques de forme et de fonctionne-

ment du brûleur. L'air ainsi mélangé avec les gaz recyclés passe

sur le porte-flamme 14 pour se mélanger avec le combustible 15 e-

les gaz de réaction chauds9 derrière le porte-flamme, de manière

à former une flamme stable se projetant dans la zone de combus-

tion 18.

Le combustible utilisé par le brûleur pas-

se dans un tube de combustible 44 placé dans le corps de noyau central 16 monté concentriquement à l'intérieur du corps central

10. Ce tube de combustible est branché à une source de combus-

tible non représentée sur la figure 1. A l'extrémité de porte-

flamme du corps central, le combustible est injecté dans la zone 18. On peut utiliser, en option, de l'air de pulvérisation avec les combustibles liquides ou les mélanges de liquides et de particules solides, pour provoquer ou favoriser la pulvérisation Différents moyens de préparation du combustible peuvent être utilisés, tous ces moyens étant contenus dans l'ensemble de

noyau 16.

On obtient ainsi, entre le tube central 10

et le manchon de recyclage 20, un canal extracteur 46 dans leque.

passe le courant d'air et de gaz recyclés. Un passage de recy-

clage 48 est également formé entre le manchon de recyclage 20 et le corps cylindrique de brûleur 24. Les gaz de recyclage sont

aspirés dans la zone de recyclage 46 par l'air de combustion.

Un échange de quantité de mouvement entre l'air de combustion incident et le gaz du four permet d'obtenir la force motrice

nécessaire au recyclage des gaz du four. Les produits de combus-

tion provenant de la zone de combustion 18 pénètrent dans le brûleur à l'entrée de la zone de recyclage 49 et passent dans la zone 48 située entre le corps cylindrique 24 et le manchon

de recyclage 20, pour atteindre la plaque de buse 34. A l'extré-

mité 21 du manchon 20, les gaz de four recyclés passent radiale-

ment vers lintérieur du manchon de recyclage 20, comme-indiqué

par les flèches de la figure 1.

Dans le corps central tubulaire en cérami-

12.- 2468833

que 10 se trouve, en plus des conduites de combustible et d'air de pulvérisation, un dispositif d'allumage 50. On peut également

prévoir un regard ou hublot 52 permettant de voir la flamme.

Dans la forme de réalisation décrite ici, le tube central en céramique 10 est fixé par une extension en tube métallique dont

le rebord est boulonné au chassis de brûleur pour fixer concen-

triquement ltensemble du dispositif dans le brûleur. Les moyens d'allumage peuvent être de n'importe quel type utilisant deux

électrodes 54 de formation dtétincelles.

On peut, dans une variante de réalisation, utiliser une électrode à étincelles unique, une conduite de gaz à extrémité munie d'un stabilisateur de flamme associée à un dispositif d'allumage à étincelle, ou encore un passage libre permettant d'actionner à la main une torche d'allumage. Le tube central est de préférence refroidi par une quantité d'air froid relativement petite passant à l'intérieur du tube autour des éléments de noyau. Le branchement dlarrivée de cet air de refroi-

dissement est constitué par des orifices d'admission 56 ménagés

dans le corps 58 du corps central.

La figure 1 représente également une plaque de brûleur 60 recouvrant la zone de soufflerie 20. Cette plaque sert également de moyen de support du tube central et du noyau. La zone de soufflerie 29 et la plaque 60 sont isolées de manière à éviter les pertes de chaleur de l'air de combustion préchauffé, et à empêcher la flamme du brûleur de dépasser une

température limite dangereuse pour la sécurité du personnel.

La figure 1 représente également le matériau d'isolation 62 de

la zone de soufflerie.

Le porte-flamme 14 se présente sous la forme d'un rebDrd annulaire placé à l'extrémité située du côté four du tube central 10, et s'étendant sur une hauteur d'environ 13 mm à partir de la surface extérieure du corps central. Cette disposition permet d'obtenir des tourbillons mélangeant l'air, les gaz de recyclage et le combustible, et de maintenir la flamme en place par rapport au brûleur. Le plan du porte-flamme

se trouve ainsi typiquement placé légèrement en aval de l'extré-

mité 23 du manchon de recyclage 20.

L'extrémité aval 23 du manchon de recyclage se trouve également typiquement placée axialement en amont du porte-flamme, à une distance égale ou supérieure à la hauteur

13.- 2468833

radiale du porte-flamme mesurée à partir du diamètre extérieur du tubes, en allant vers le sommet de la lèvre du porte-flamme, c'est-à-dire la hauteur -"XI'. Cette disposition empêche les lignes de courant du débit traversant la zone de recyclage, de se déplacer radialement, sous l'action du porte-flamme, en direction du manchon de recyclage avant de traverser le plan de sortie0 Un mouvement radial intempestif de ces lignes de

courant perturberait le contr8le du mélange.

La pointe de sortie de carburant 17 est située légèrement en aval du porte-flamme 14, à une distance de préférence suffisante pour empêcher la projection de liquide de venir buter contre le diamètre intérieur du tube central 10 dans le cas d'un combustible liquide. La pointe de sortie de carburant forme de préférence un angle de projection suffisant pour injecter cette projection dans la couche de cisaillement

formée par la zone tourbillonnaire située derrière le porte-

flamme, à une distance aval du plan de celui-ci ne dépassant

pas une à quatre fois la hauteur radiale du porte-flamme, c'est-

à-dire une distance "XI" à "'4Xi"0 Quand on utilise du gaz à la place d'un combustible liquide, la même relation peut s'appliquer sauf le fait qu'on peut tolérer une légère interférence entre les jets de combustible et le diamètre intérieur du corps central. L'angle de projection à la sortie de la pointe 17 peut Utre de 1200, et la pointe peut dépasser de 3 mm au delà du plan d'extrémité du porte-flamme. De plus, lorsqu'on utilise une buse de combustible gazeux, on prévoit des jets à projections radiales multiples (dans le cas par exemple d'une rangée de huit trous) partant d'une position située au-delà du plan du porte-flamme à une distance de l'ordre de 3 à 6 mm,

sans recouvrement entre les jets et le plan du porte-flamme.

Une autre caractéristique importante de l'invention concerne le processus de pré-mélange de l'air de

combustion et des gaz recyclés avec le combustible. On remar-

quera à ce sujet que le corps central 10 est muni d'un certain nombre de trous à direction radiale 64, ces trous pouvant

également être inclinés.

Les trous sont placés en avant du porte-

flamme à une distance moyenne de leordre de une à quatre fois la 4o hauteur radiale du porte-flamme. Ces trous permettent à l'air et

14.- 2468833

aux ez de recyclage de passer de l'extérieur à l'intérieur du corps central. Cela permet d'obtenir un certain pré-mélange des gaz d'entretien de combustion et du combustible, avant que le combustible atteigne effectivement les bords extrêmes de la zone de porte-flamme lorsque ce combustible est complètement

exposé aux gaz d'entretien de combustion.

Cette disposition a le double effet d'aider la stabilisation de la flamme et de mettre celle-ci en forme. On a constaté que la forme de flamme obtenue avec les trous radiaux 64 était "épaisse" comparativement à la forme plus "effilée" obtenue sans les trous. On peut utiliser six trous de 12 mm orientés radialement et axés à une distance de 25 à 18 mm du bord avant du porte-flamme. On peut encore utiliser 12 trous axiaux de 3 à 6 mm traversant le porte-flamme et s'orientant

axialement autour du rebord de porte-flamme du tube central.

Suivant une autre caractéristique de

l'invention, on peut contrôler le recyclage et le mélange en dis-

posant convenablement les éléments du brûaleur. La position de l'entrée et de la sortie du manchon de recyclage par rapport à la buse annulaire commande les niveaux de recyclage et de mélange de l'air de combustion (fluide moteur) avec les produits de combustion (fluide secondaire). Il est préférable de recycler des parties approximativement égales de produits de combustion avec chaque quantité unitaire d'air de combustion. Cela est un corollaire de la volonté qu'on a d'obtenir un rapport des produits de combustion à l'air de combustion, compris entre 0,5 et 1 à l'endroit de la lèvre du porte-flamme. Dans une certaine forme de réalisation on obtient un mélange moitié-moitié à l'endroit de la lèvre du porte-flamme -car cela représente une condition voisine de l'optimum à réaliser pour obtenir une vitesse de réaction maximum dans la flamme. Les mélanges utilisés en pratique pour obtenir des vitesses de réaction maximales sont de l'ordre de cinq à un (produits de combustion pour air de

combustion) dans le cas d'une flamme adiabatique.

Pour des températures de flamme considéra-

blement plus basses que le cas adiabatique (cas de chaudières et de fours o la chaleur est extraite directement de la flamme), et pour conserver en outre un mélange moitié-moitié dans la zone de porte-flamme, il faut ajouter un combustible supplémentaire et par conséquent obtenir des températures plus

15.- 2468833

élevées pour atteindre des vitesses de réaction maximales et une stabilité de flamme optimale. Cela s'obtient, dans la couche de cisaillement de tout porte-flamme, en séparant le débit des gaz de. support de combustion et en recyclant les gaz chauds derrière le porte- flamme. La chaleur de démarrage donnée aux gaz de support de combustion arrivant au porte-flamme, par mélange avec les gaz de combustion chauds, améliore la stabilité de la flamme. On a montré expérimentalement qu'une trop

forte proportion de produits de combustion dans les gaz attei-

gnant le porte-flamme, pouvait déstabiliser la flamme, comme on

pouvait sty attendre si la teneur en oxygène était trop faible.

Il-existe donc un mélange optimum et le rapport de un pour un est approximativement correct pour les chaudières et les fours dont les températures de foyer se situent entre 1.1000 C et

1.4200 C. -

L'adjonction de gaz de combustion dans l'air de combustion conduit à un autre effet important car elle permet de réduire la production de fumées à des niveaux très faibles. Aux températures de gaz supérieures à 9800 C telles qu'on les rencontre dans une flamme complètement développée, le gaz carbonique est aussi efficace que l'air pour transformer en gaz le carbone solide. Dans n'importe quelle flamme visible jaune ou blanche, il existe des particules de carbone dues à

une combustion incomplète ou à un craquage thermique du combus-

tible, ce phénomène particulier se produisant dans les zones manquant d'oxygène. Dans le brûleur décrit ici, le noyau de la flamme manque d'oxygène du fait que le combustible est amené suivant l'axe et qu'en pratique tout l'air de combustion est amené par une enveloppe entourant le noyau, comme c'est le cas

* avec la couche de cisaillement formée à l'endroit du porte-

flamme. Dans cette couche de cisaillement le carburant subit très facilement un craquage thermique formant des particules de carbone. Si une flamme formée dans ces conditions devait se refroidir trop vite pour que le carbone soit transformé en gaz, ou obtiendrait des particules de carbone (fumées) traversant l'enveloppe de la flamme. Ces particules seraient libérées

dans l'atmosphère sous forme de fumées.

L'oxygène réagit normalement avec le carbone pour former du CO ou du C02* A haute température le C02

16.- 2468833

réagit avec- le carbone pour former du CO. Dans tous les cas le CO produit brûle le dernier dans la flamme sans produire de fumée. La quantité de produit à gazéifier disponible par unité

de volume, tend à indiquer la qualité de gazéification du car-

bone.

La quantité de produit à gazéifier dispo-

nible est constituée à la foin d'air et de CO2. En supposant que le CG2 est obtenu par combustion complète puis recyclé dans la zone de support de flamme, le vdume à gazéifier disponible par unité de volume de combustible fourni est 3n + 1 + ny expression dans laquelle le premier terme n est le volume d'oxygène et le seond terme ny le volume de CO2. Le terme y est la proportion volumétrique de produits recyclés par unité de volume d'air de combustion. Ainsi, pour un volume unitaire de combustible (cn H2n + 2 étant supposé présent), le rapport du produit à gazéifier total à celui qui serait disponible en l'absence de recyclage est 3n + 1 + ny 2 +n 3n + 1 c'est-à-dire le double du produit disponible pour de l'air seul dans le cas y> 1. Cela présente l'avantage, pour des réactions à températures supérieures à 9800 C, d'être deux fois plus efficace que l'air seul pour éliminer les particules de carbone dans la flamme. On peut ainsi faire fonctionner un brûleur avec un excès d'air virtuellement nul en conservant un système de brûleur très propre à très bon rendement. La conception du brûleur selon l'invention permet de choisir, dans la zone de combustion primaire, un rapport de CO2 à 02 défini par la couche

de cisaillement située derrière le porte-flamme.

Le paramètre clef permettant de contr8ler le rapport de CO à O à l'endroit de la lèvre du porte-flamme,

2 2

est le degré de mélange du produit recyclé par rapport à l'air de combustion brut. Cette faculté de mélange est régie par les

lois de la dynamique des fluides dans le domaine des mélanges.

Dans le cas du présent brûleur la dynamique des fluides prend pour base les dimensions de la buse annulaire 30 entourant le corps central 10 par rapport à ltextrémité-de sortie du manchon

de recyclage 20.

17.- 2468833

Le rayon de mélange à mi-puissance, pour des jets annulaires, part de la lètre de la buse annulaire et s'étale vers l'extérieur sur un angle de 5, 4 . Cet angle a été mesuré expérimentalement en déterminant à la fois la température et la concentration en 2 résultant du mélange d'un jet annulaire libre de gaz de brûleur. Le rayon à mi-puissance est défini comme le lieu des points mesurés radialement à partir de l'axe du jet, dont la puissance présente une valeur caractéristique donnée par rapport à la puissance sur l'axe. Cet angle dépend en partie de

la composition actuelle du gaz mais les mesures faites sur ledis-

positif s'appliquent de façon satisfaisante lorsque les éléments

mélangés sont des produits de combustion et de l'air.

La définition complète de la distribution radiale des éléments dans la zone d'éalement du jet annulaire peut se déterminer analytiquement en remarquant qu'il s'agit d'une distribution Gaussienne de m9me nature que celle résultant

de l'étalement de n'importe quel type de jet gazeux. L'interac-

tion du jet en cours d'étalement avec les parois quit le coupent, c'est-àdire dans le cas présent le c8té intérieur du manchon

de recyclage, peut s'analyser comme la réflexion d'une distri-

bution non perturbée sur une paroi réfléchissant vers le corps central. Les valeurs absolues de concentration se déterminent en ajoutant la valeur initiale à la valeur réfléchie de la courbe de Gauss. Cela signifie que le rayon à mi-puissance réfléchi par la paroi donne un tolal de pleine puissance à l'endroit de la paroi par addition des valeurs primaire et secondaire. La valeur réelle du rapport entre l'air et les produits de combustion à l'endroit de la paroi, est donc égale à la valeur réelle à l'endroit de la paroi de corps central, en supposant qu'il n'y a pas de réflexion secondaire de la forme de composition primaire.à partir du corps central,

après la réflexion initiale sur le manchon de recyclage.

La valeur sur la paroi de corps central

se détermine facilement en connaissant le rythme de décrois-

sance de la concentrationinitiale des gaz à partir du jet annu-

laire. Cela est encore analogue à ce qu'on peut trouver dans la littérature concernant l'étalement d'un jet. La position de la paroi à la sortie du manchon de recyclage, par rapport au rayon à mi-puissance, peut se déterminer soit pour obtenir une

18.- 2468833

concentration majoritaire du gaz de combustion sur la paroi, soit pour obtenir un mélange parfait de 50 %, cette détermination se

faisant en réglant simplement la position radiale du rayon à mi-

puissance, mesurée radialement vers l'intérieur en partant de la lèvre intérieure du manchon de recyclage. Il n'existe pas de valeurs théoriques de concentration basées sur des mesures de mélanges de jets libres, lorsqu'on utilise un manchon-de recyclage plus long que la valeur correspondant à la ligne à mi-puissance coupant le manchon exactement à l'endroit de la lèvre, car il s'agit d'un mélange parfait sur la paroi. D'autre part le manchon de recyclage confine le jet de façon que la cadence de mélange réelle soit plus lente que Lorsqu'il s'agit d'un jet libre correspondant à la

description ci-dessus. Cela conduit à l'utilisation d'un manchon

légèrement plus long que celui à prévoir dans le cas de mesures de mélanges de jets libres. L'utilisation d'une longueur de

manchon supplémentaire contribue dans une faible mesure à obte-

nir une plus grande uniformité du mélange dans le plan de sortie. Un supplément de longueur est par contre nécessaire pour obtenir une parfaite uniformité de vitesse comme dans le cas

d'un conduit classique, car les vitesses se mélangent plus len-

tement que les masses ou les chaleurs.

Généralement le manchon de recyclage s'amincit vers l'extérieur en direction du-plan de sortie pour contribuer à compenser le changement de densité moyenne du gaz en allant de l'extrémité avant à l'extrémité arrière du manchon

de recyclage. Cependant l'extrémité avant du manchon de recy-

clage doit avoir une surface au moins suffisante pour correspon-

dre au jet d'air de combustion primaire et au mouvement concen-

trique parallèle des produits de combustion recyclés. Typiquement les produits recyclés de même masse que l'air de combustion s'écoulent comme celui-ci. Ainsi la surface nécessaire pour les

produits de combustion recyclés à l'entrée du manchon de recy-

clage correspond à un débit de masse égal à celui de l'air de combustion, à une température égale à celle de la chambre de combustion et à une vitesse correspondant'à la chute de pression

due à l'effet d'aspiration du jet primaire.

Typiquement la zone de recyclage à l'en-

droit de la lèvre avant du manchon présente une différence de pression de l'ordre de 13 mm d'eau pour un petit brûleur. Cela

19.- 2468833

correspond à une vitesse intérieure radiale de 150 à 180 mètres

par seconde.

Une surface égale ou supérieure est prévue pour le débit intérieur radial à l'endroit de la lèvre avant du manchon de recyclage, dans l'intervalle prévu entre le manchon de recyclage et la plaque de buse. Ce débit passe dans une surface définie par la surface cylindrique imaginaire de même rayon que la lèvre avant du manchon de recyclage se situant entre la lèvre et la plaque de buse 34, de manière à former l'arrière de la zone de recyclage. Il faut également prévoir une surface analogue ou supérieure dans la zone annulaire compri

se entre-le manchon de recyclage et l'intérieur du corps cylin-

drique de brûleur.

Le dispositif de buse 30 constitue l'une des caractéristiques importantes de l'invention et se présente sous la forme d'un mécanisme de registre d'air permettant de contrôler le débit du jet annulaire. Cette disposition comprend un bouchon de buse 32 s'adaptant dans l'orifice de jet annulaire 31, et dont la partie arrière se déplace dans un certain nombre de trous ou orifices 38 de l'anneau de distribution 36. Le diamètre des trous ronds de l'anneau de distribution, et la course du bouchon de buse, sont calculés de façon que les trous soiet complètement bouchés lorsque le bouchon ne présente aucune obstruction initiale au jet annulaire, de la même façon que stiJ

était retiré.

Dans les positions intermédiaires du boucl de buse 32, la surface libre du jet annulaire varie linéairement avec la position axiale du bouchon de buse, et la surface libre des trous de distribution 38 est égale à la surface d'un segment de cercle dont le bord avant de la partie cylindrique du bouchot de buse forme une corde traversant les trous de distribution 38 En'position de fermeture la section conique 32 A du bouchon s'adapte ligne pour ligne dans le jet annulaire. La partie cy3dindrique du bouchon s'adapte radialemet dans 0,13 mm à

l'extrémité avant des trous de distribution.

Quand on amène le bouchon de buse 32 en position d'ouverture, c'està-dire quand on tend à le retirer, L jeu radial formé avec l'anneau de distribution 36 peut être conçu pour atteindre 1,3 mm, ce qui facilite J'a fabrication de

ces pièces en céramique.

20.- 2458833

La figure 2 représente le débit d'air four-

ni par cette disposition. Pour une pression de service détermi-

née de la source d'alimentation d'air, on pourra remarquer que

pour une ouverture allant de 10 o/i à 90 %, le débit varie essen-

tiellement linéairement avec la position du bouchon de buse 32. Cette caractéristique est extrêmement intéressante pour permettre

la commande du débit d'air par un mécanisme très simple.

Le bouchon de buse 32 se déplace en action-

nant un attelage 41 relié à des tiges de manoeuvre 40 elles-

m4mes reliées intérieurement au bouchon de buse 32 et bloquées par des tiges 68. L'attelage 41 peut être manoeuvré de n'importe quelle manière classique en utilisant par exemple des commandes

linéaires rotatives ou manuelles.

Un joint annulaire d'étanchéité radiale en matériau convenable tel que de l'amiante, est monté entre le

bouchon 32 et le tube central 10, de manière à réduire au mini-

mum les fuites d'air entre la soufflerie 29 et le dessous du bouchon 32 qui s'ajoutent à l'air normalement introduit entre le bouchon 32 et la plaque de buse 34. Des fuites d'air de cette nature réduiraient la plage de fonctionnement et le rapport

optimum entre le combustible et l'air dans le brûleur.

L'entrée de la soufflerie d'air de combus-

-tion 29 par laquelle arrive le conduit d'alimentation d'air chaud 28 doit avoir une surface représentant environ le triple

de la surface des trous de distribution 38 en position complète-

ment ouverte.

Le combustible 15 est envoyé par le tube 44 à l'injecteur de combustible situé à l'extrémité du côté four du tube central. Les combustibles liquides peuvent être soumis

à une pression atteignant 350 kg/cm2 ou toute autre valeur cor-

respondant aux caractéristiques de l'injecteur. La valeur choisie dépend des conditions de service dans lesquelles le

brûleur doit fonctionner.

Les brûleurs classiques utilisant une huile lourde $ 2 ou t 6 utilisent typiquement de l'air ou de la vapeur de pulvérisation pour préparer le combustible à une bonne combustion en formant des gouttelettes de l'ordre de 20 à 60 microns. L'air ou la vapeur peuvent être injectés à une pression quelconque comprise entre 1,4 et 7 kg/cm. La pointe de la buse de combustible 17 peut donc être choisie dans une

21.- 2458833

grande variété de buses du commerce telles que la buse Delavan

"Swirl Air".

On peut également utiliser des buses de pulvérisation sous pression pour du mazout t 2. Dans ce cas le mazout est amené à une pression basse d'environ 1,4 kg/cm au débit minimum, pour atteindre une pression de 28 à 35 kg/cm2 au débit maximum. Il n'est pas nécessaire d'utiliser de fluide

de pulvérisation secondaire lorsqu'on met en oeuvre une pulvé-

risation sous pression.

On peut utiliser dans le brûleur selon l'invention des systèmes de pulvérisation baute pression tels que le "1HI Super Critical Fuel System" brevet U.S.A. n0 3.876.363

déposé le 8 Avril 1975 par La Haye et Cie.

Typiquement le combustible et le fluide de pulvérisation, si on lutilise, sont amenés à l'injecteur par des tubes concentriques passant dans le noyau, le fluide de

pulvérisation circulant à l'extérieur du tube de combustible.

Ces tubes peuvent passer à travers la plaque de face du corps central ou utiliser unonnecteur pour faciliter les opérations

d'entretien, ou encore être reliés à une tubulure pouvant égale-

ment servir à d'autres fluides utilisés par le brûleur, et qu'on peut brancher de différentes manières à des services extérieurs. Les combustibles gazeux peuvent être introduits de la même manière sauf le fait que le fluide de pulvérisation

séparé n'est plus nécessaire.

Le corps central 10 peut également être équipé de dispositifs de sécurité et de dispositifs d'allumage partant de la plaque de face du corps central pour rejoindre intérieurement la pointe du brûleur. Typiquement le dispositif d'allumage comprend des électrodes à étincelles 54 destinées à allumer soit le combustible directement soit un combustible de démarrage quand on en utilise un. Le combustible de démarrage doit être amené par une conduite séparée passant parallèlement au noyau de corps central 44, de même que les électrodes à

étincelles et les conduites d'air de pulvérisation et de combus-

tible. Le gaz de démarrage doit s'arrêter à 25 à 50 mm de la pointe du corps central et doit être allumé par l'étincelle électrique quand cela est nécessaire. Le gaz de démarrage ou pilote à gaz fournit une flamme ou une veilleuse qui allume à son tour le jet de combustible principal. On utilise typiquement un

2468833-

22.- pilote à gaz avec les huiles lourdes q 6 et avec les mélanges de charbons et de déchets d'huiles lourdes, afin de garantir le

bon allumage de ces combustibles.

On peut également prévoir une cavité pour regarder dans le tube central, afin de balayer la flamme avec un

détecteur de flamme monté sur la plaque de face du corps central.

Les dispositifs de balayage du commerce, de type optique, sont

focalisés vers la pointe du corps central.

La présence de la flamme produit dans le dispositif debalayage de flamme un courant qu'on peut détecter par des moyens électroniques convenables et utiliser pour surveiller la flamme àdcs fins de sécurité, conformément aux normes industrielles. On prévoit également une observation de l'aspect de la flamme par un hublot 52 permettant de voir la pointe du corps central. Ce hublot est égalemeat monté dans la

plaque de face du corps central.

Comme le brûleur est de préférence conçu pour utiliser de l'air de combustion très fortement préchauffé, et comme une partie du brûleur est exposée aux produits de combustion directement liés à la chambre de combustion, le carter extérieur serait très chaud s'il n'était pas isolé thermiquement. On

utilise donc une isolation 62, dans la chambre d'air de combus-

tion, pour maintenir la surface extérieure du brûleur à des températures de l'ordre de 1700 C ou moins. Typiquement cette isolation est réalisée au moyen de matériaux en fibres d'alumine

et de silice, d'épaisseur comprise entre 25 et 38 mm.

Le rebord.de monture 27 du brûleur se trouve approximativement dans le plan de la plaque de buse 34 qui

constitue également le plan de séparation entre l'air de combus-

tion et les gaz de combustion recyclés. Ainsi, les gaz de combus-

tion ne sont exposés qu'aux parois du four traversées par le corps cylindrique de brûleur 24 et sur lesquelles le rebord de

brûleur est formé.

On afait l'essai de plusieurs brûleurs avec différents combustibles tels que le gaz naturel, le propane, le mazout. 2, le mazout - 6, et des mélanges de charbon et de mazout- 6. Les huiles lourdesA2 et t 6 ont été essayées dans des chaudières. Les huiles lourdes t2 et les mélanges de charbons et de déchets d'huiles lourdes * 6 ont

également été essayés dans des fours.

23.- 2458833

Le tableau 1 indique les résultats obtenus en fonction de l'excès d'air, de NO, d'hydrocarbures non brûlés et de fumées. Les résultats sont comparés à ceux d'autres

brûleurs. On pourra remarquer que des niveaux de fumées extrème-

ment faibles peuvent 9tre obtenus avec un très faible excès d'air dans le brûleur. NOx n'est pas aussi élevé qu'on aurait

pu le penser pour une température de flamme, un débit de com-

bustible et une taille de foyer donnés. La plage de fonction-

nement du brûleur apparait comme satisfaisante dans un rapport

de débit maximum à débit minimum d'au moins 4 à 1.

La forme péférée de réalisation de brûleur décrite ci-dessus présente un certain nombre de caractéristiques

considérées comme des améliorations par rapport à l'art anté-

rieur. L'amélioration du fonctionnement est obtenuegrâce à la disposition particulière de la buse de combustible par rapport à la position du manchon de recyclage 20 et de la buse d'air ave, son jet d'air annulaire associé. Le brûleur selon l'invention se caractérise par une commande et un contr8le très efficaces du mélange de l'air de combustion avec les gaz recyclés. Une autre amélioration apportée par l'invention concerne les moyens de buse ou moyens de registre d'air comprenant un ensemble adapté d'anneau de distribution, de buse annulaire et de bouchon de buse permettant d'obtenir une ouverture contrôlée, dans n'import quelle position axiale, pour obtenir des caractéristiques de

débit linéaires en fonction de l'ouverture.

TABLEAU 1

EMISSIONS D'UN BRULEUR A

Application Combustible Débit de Temps C Temps C

combusti- chambre Air com-

ble GPH bustion Four 2 64,5 1320 540

94> 1370 540

72,2 1260 540

109,5 1370 540

121,3 1320 21

126,3 1320 21

JET ExcJs 02 % 1-2 1-2 1-2 1-2 2-4 2-4 Fumée No x Bacha-ppM rach CO PPM non 115-140 visi- 10o5-140 ble en ré- 80-105 gime 68-86

perma-

nent 60-64 49-56 Combustibles A 17-33 o-60 -15 -63 -75

1 à.12

1 à.12

12 à.17

* 6 88,1

88,1 88,1 86,3 ,4 EMISSION DtUN _t2 73,1 108,1 113,6 ,8

1320-1430

1320-1439

1320-1430

1320-1430

1320-1430

1320-1430

BRULEUR A JET

21 0.1 8 165

21 0.2 7 170

21 0.4 7 195

21 0.6 5 185

21 o.8 3 195

21 2.0 0 220

MODIFIE POUR RECYCLAGE NUL 540 1T2 non 105-145 540 1-2 vlsi- 125-150 ble en 21 2-4 régime 8-12 21 2-

4 perma- 58-70 nent

1 à.12

12 à.15

r% O% co co úA U4

Chaudière -

Four e to I

_2468833

Claims (25)

REVENDICATIONS

1.- Brûleur capable de fonctionner avec de l'air de combustion arrivant à une température comprise entre 314 et 1314'C et même plus, brûleur caractérisé en ce qu'il comprend un tube central (10) définissant une partie de tube avant

en céramique à très haute résistance thermique munie d'un porte-

flamme (14) à l'extrémité avant du brûleur; un corps cylindrique

de brûleur (24) en céramique à haute résistance thermique entou-

rant le tube en céramique; un manchon de recyclage (20) en céra-

mique à haute résistance thermique entourant le tube en céramique

(10) et se plaçant entre ce tube en céramique et le corps cylin-

drique (24).de manière à former un passage-de recyclage permet-

tant aux gaz du four de passer entre ce corps cylindrique et ce manchon pour aller de l'extrémité avant du brûleur vers une zone arrière de soufflerie (29) du brûleur et revenir ensuite vers l'avant en passant entre le tube (10) et le manchon (20) de manière à entourer complètement le tube pour sortir enfin par son extrémité avant, cette zone de soufflerie (29) qui entoure le tube central étant définie en partie par une paroi arrière en céramique à haute résistance thermique; les moyens (30) de fourniture d'un courant d'air de combustion circulant entre le tube central et le manchon, ces moyens comprenant une chambre (29, 30) à revêtement en céramique à haute résistance thermique et un bouchon (32) en céramique à haute résistance thermique; un passage d'admission d'air de combustion chaud (28) dans la chambre; et des moyens (40) de monture du bouchon dans une position prédéterminée permettant de régler la taille du passage d'admission d'air et par conséquent de régler le passage de

l'air de combustion dans le canal conducteur.

2.- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des ouvertures (38) ménagées dans le bouchon pour distribuer l'air de combustion à la

soufflerie de manière parfaitement uniforme autour du tube central.

3.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre

des moyens (40, 41) permettant.de faire avancer ou reculer le bouchon (32) de façon qu'un volume prédéterminé d'air de combustion passe dans la soufflerie (29) le bouchon (32) se comportant ainsi

comme un élément de soupape.

26.- 2468833

4.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bouchon comporte

une partie de bouchon de buse (32) mobile par rapport à une plaque

de buse (34) associée à la chambre.

5.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bouchon de buse (32)

et la plaque de buse (34) sont tous deux annulaires, le bouchon de buse présentant une extrémité conique et une extrémité cylindrique, la plaque de buse (34) comportant une extrémité coopérant avec l'extrémité conique du bouchon de buse et une autre extrémité

définissant un anneau de distribution (36) coopérant avec l'extré-

mité cylindrique du bouchon de buse.

6.- Brûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'attelage (41) permettant de manoeuvrer le bouchon de buse (32).

7.- Brûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 6, caractérisé en ce que le porte-flamme (14) est défini par un rebord annulaire situé à l'extrémité du tube

central (10).

8.- Brûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un trou de mélange (64) traversant le tube central et se plaçant au

voisinage mais en arrière du rebord de porte-flamme.

9.- Brûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 8, caractérisé en ce que le tube central (10) s'étend vers l'arrière sur une distance plus grande que le manchon de

recyclage (20).

10.- Brûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 9, caractérisé en ce que le manchon de recyclage (20) s'étend vers l'avant sur une distance égale ou supérieure

au corps de brûleur.

11.- Brûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 10, caractérisé-en ce que les moyens d'air de com-

bustion comprennent également une plaque de bus fixe constituant au moins partiellement la chambre, une zone de mélange étant prévue entre l'extrémité intérieure du manchon de recyclage

(20) séparé de la plaque de buse,et la plaque de buse elle-

même.

27.- 2448833

12.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un tube

avant à haute résistance thermique (10) muni d'un porte-flamme à son extrémité avant (14) un corps de brûleur (24) à haute résistance thermique entourant le corps central; des moyens de

support du corps de brûleur et du corps central dans des posi-

tions concentriques; un manchon de recyclage (20) à haute résis-

tance thermique placé autour du corps central entre celui-ci et le corps de brûleur de manière à définir un passage de gaz de recyclage permettant aux gaz du four de passer entre le corps de brûleur et le manchon pour aller de l'extrémité avant du brûleur à une zone arrière de soufflerie de mélange (29) puis de revenir vers l'avant en passant entre le corps (10) et le manchon (20) tout en se mélangeant à l'air de combustion; et des moyens de jet d'air de combustion (30) comprenant un passage d'admission d'air conduisant à une chambre à haute résistance thermique,

et des moyens montés dans cette chambre entre le passage d'admis-

sion et la zone de soufflerie de mélange (29) pour contrôler le débit d'air de combustion passant dans la zone de mélange

située entre le corps central (10) et le manchon de recyclage (20).

13.- Brûleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le corps central (10) le corps de brûleur (24) et le manchon (20) sont tous réalisés en céramique à haute résistance thermique supportant des températures de l'ordre de

1.3700 C.

14.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 12 et 13, caractérisé en ce que le porte-flamme

(14) est défini par un rebord annulaire entourant extérieurement

le tube central (10).

15.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le manchon (20)

s'amincit progressivement vers un diamètre plus petit à son

extrémité arrière.

16.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 12 à 15,.caractérisé en ce que l'extrémité avant

du manchon (20) se termine un peu avant le porte-flamme (14) et en ce que l'extrémité arrière de ce manchon se termine un peu

avant les moyens de contrôle d'air de combustion.

17.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le corps de brûleur

28.- 2468833

(24) présente une extrémité avant se terminant un peu avant le manchon, et une extrémité arrière formant support d'une partie

au moins des moyens de jet d'air de combustion (30).

18.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 12 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend un

bouchon (32) et des moyens (40, 41) de monture de ce bouchon dans une position réglable.permettant de régler la taille du

passage traversant les moyens de commande de jet d'air de combus-

tion (30) pour régler ainsi le passage de l'air de combustion

0 vers la zone située autour du corps central (10).

19.- Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 12 à 18, caractérisé en ce que le bouchon de buse

(32) présente une extrémité avant conique et une extrémité arrière

cylindrique coopérant avec les trous (38) de l'anneau de distribu-

tion (34).

20.- Procédé de mise en application du brû-

leur à recyclage selon l'une quelconque des-revendications 1 à 19,

procédé caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter de l'air de combustion dans la zone de soufflerie et à entraîner cet air par le débit en provenance de la zone de combustion pour qu'ilpasse à l'extérieur de celle-ci, cet air de combustion s'ajoutant-en fonction d'une ouverture à section variable formée par un anneau de céramique mobile (36) et à déplacer l'anneau de céramique pour ouvrir plus ou moins grand le passage de l'air de combustion vers

le débit traversant le brûleur à recyclage.

21.- Brûleur à recyclage selon l'une quelcon-

que des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend en

outre un élément de buse en céramique mobile (34) tourné vers la soufflerie (29) et définissant avec le bouchon de buse (32) un passage permettant d'ajouter, dans la zone de soufflerie, de l'air provenant d'une chambre située derrière la buse (30) et des moyens permettant de déplacer le bouchon de buse (32) par rapport à l'élément de buse (34) pour obtenir, vers la soufflerie (29) un passage à section variable décrivant une trajectoire circulaire de manière à assurer un mélange uniforme de l'air de combustion avec les gaz recylés dans le brûleur, ce mélange pouvant être modifié par le mouvement ci-dessus pour déterminer la quantité d'air de

combustion ajoutée.