FR2532040A1 - Refractory lining for furnace with oil of gas burner - Google Patents

Abstract

The refractory lining comprises e.g. ceramic heat storage material in brick or slab form arranged inside the furnace to at least partially surround the burner. This material has a flame-side inner layer with high thermally-conductivity and good thermal shock resistance. An outer layer, on the side of the heat storage material remote from the frame, has low thermal conductivity and high heat storage capacity. The heat storage material is pref. formed or assembled into a box-type or tubular insert, which may be made up of either separate slabs or several rectangular or circular rings.

Description

Dispositif pour réduire les pertes d'énergie dans une chambre de combustion comportant un brûleur à mazout ou à az
L'invention se rapporte à un dispositif pour réduire les pertes d'énergie dans une chambre de combustion comportant un brûleur à mazout ou à gaz, notamment pour Je fonctionnement d'une chaudière de chauffage, dispositif dans lequel un matériau accumulateur réfractaire, par exemple céramique, sous forme de plaques, de briques ou analogues, est empilé ou disposé dans la chambre de combustion pour entourer au moins partiellement la flamme du brûleurs
Ces dispositifs connus servant à réduire les pertes d'énergie dans les chaudières de chauffage n'ont toutefois donné jusqu'ici que des résultats insatisfaisants dans la pratique.Leur inconvénient réside en particulier dans le fait que le brûleur monte à une température trop élevée
La présente invention a par conséquent pour objet de perfectionner le dispositif du type précité de façon 'a augmenter encore l'économie d'énergie tout en maintenant le brûleur à une température aussi basse que possible
Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le matériau accumulateur du cl'té tourné vers la flamme du brûleur comporte une couche interne de conductibilité ther mique relativement élevée et de bonne résistance aux chocs thermiques et, du c8té opposé à la flamme du brûleur, une couche externe de conductibilité thermique relativement faible et capacité thermique relativement élevée.Device for reducing energy losses in a combustion chamber comprising an oil or az burner
The invention relates to a device for reducing energy losses in a combustion chamber comprising an oil or gas burner, in particular for operating a heating boiler, device in which a refractory accumulator material, for example ceramic, in the form of plates, bricks or the like, is stacked or arranged in the combustion chamber to at least partially surround the flame of the burners
However, these known devices for reducing energy losses in heating boilers have so far only given unsatisfactory results in practice. Their disadvantage lies in particular in the fact that the burner rises to a temperature which is too high.
The object of the present invention is therefore to improve the device of the aforementioned type so as to further increase the energy saving while keeping the burner at a temperature as low as possible.
This result is achieved according to the invention by the fact that the accumulator material of the head facing the burner flame has an internal layer of relatively high thermal conductivity and good resistance to thermal shock and, on the side opposite the flame of the burner, an outer layer of relatively low thermal conductivity and relatively high thermal capacity.

Des mesures et des calculs ont montré que la solution selon l'invention est particulièrement efficace à basse température aller et faible facteur de marche de la chaudière, en particulier en liaison avec un clapet de gaz brumés fermant de façon étanche et un régulateur de tirage ou en liaison avec un régulateur de tirage a commande électro mtcanique (permettant ainsi de supprimer le clapet de retenue de chaleur). Measurements and calculations have shown that the solution according to the invention is particularly effective at low flow temperature and low operating factor of the boiler, in particular in connection with a misty gas valve closing tightly and a draft regulator or in conjunction with an electro-mechanical control draft regulator (thus eliminating the heat check valve).

La couche interne absorbe l'énergie thermique rayonnée par la flamme du bruleur et la transmet relativement rapidement 'a la couche externe où elle est activement emm gasinée. Le iissatériau accumulateur de chaleur augmente la surface d2fichange thermique disponible Lorsqu'on arrete la flamme du brûleur, la face interne du matériau accumulateur refroidit relativement vite tandis que la plus grande partie de la chaleur est eagasinée dans sa ouche externe.On empoche ainsi une surchauffe du brûleur. Les économises d'énergie ont en particulier obtenues par le fait que la capacité d'accumulation de chaleur du matériau accumulateur permet de réduire la dimension du bec brûleur tout en conservant la même émission de chaleur. Après un démarrage du brûleur, 14 tempL'rture des gaz brûlés augmente lentement, ce qui, èn cas de fonctionnement intermittent, équivaut à une diminution de la température des gaz brûlés et, partant, à une augmentation du rendement. Pendant les périodes d'arrêt la chaleur emmagasinée dans la chambre de combustion est restituée et contribue dans une large mesure au chauffage du fluide à chauffer.Les avantages apportés par l'invention sont surtout valables en cas de température aller relativement basse et faible facteur de marche de l'installation de chauffage. La solution selon l'invention permet de prolonger lestemps d'arrêt et par conséquent de réduire la consommation de mazout ou de gaz. Malgré la diminution de la température des gaz brûlés, on obtient une combustion plus complète. Le rendement calorifique est par conséquent augmenté. The inner layer absorbs the thermal energy radiated by the burner flame and transmits it relatively quickly to the outer layer where it is actively stored. The heat accumulator material increases the available heat exchange surface. When the flame of the burner is stopped, the internal face of the accumulator material cools relatively quickly while most of the heat is stored in its external hood. of the burner. The energy savings were obtained in particular by the fact that the heat storage capacity of the storage material makes it possible to reduce the size of the burner burner while retaining the same heat emission. After a burner start-up, the temperature of the burnt gases increases slowly, which, in the case of intermittent operation, is equivalent to a decrease in the temperature of the burnt gases and, consequently, to an increase in efficiency. During periods of shutdown, the heat stored in the combustion chamber is returned and contributes to a large extent to the heating of the fluid to be heated. The advantages provided by the invention are especially valid in the event of a relatively low flow temperature and low factor of heating system operation. The solution according to the invention makes it possible to extend the downtime and consequently to reduce the consumption of fuel oil or gas. Despite the decrease in the temperature of the burnt gases, a more complete combustion is obtained. The heat yield is therefore increased.

Le matériau accumulateur peut de préférence être réalisé sous la forme d'un corps intercalaire en forme de caisson ou tubulaire dans lequel pénètre la flamme du brûleur et qui, sur ses côtés, est complètement entouré par le matériau accui:alateur, de préférence à la rutine distance. The accumulator material can preferably be produced in the form of an intermediate body in the form of a box or tubular in which the burner flame penetrates and which, on its sides, is completely surrounded by the accu: alator material, preferably at the rutin distance.

Le corps intercalaire est avantageusement réalisé en forl.le de caisson au moyen de plaques individuelles ou en forme de tube au moyen d'anneaux de façon à permettre un montage ut rieur facile dans une chambre de combustion. The intermediate body is advantageously made in box form by means of individual plates or in the form of a tube by means of rings so as to allow easy installation in a combustion chamber.

Les différents anneaux d'un corps intercalaire peuvent être formés par des plaques ou des segments individuels constituant des quarts de cercle, des demi-cercles ou toute autre fraction de cercle formant des éléments de construction suffisamment petits ct donc faciles å maznipulerO
Les plaques individuelles, les segments individuels ou les anneaux peuvent être raccordés par collage, par fixation 'a clabots et/ou par un assemblage amovible.The different rings of an intermediate body can be formed by individual plates or segments constituting quarter circles, semicircles or any other fraction of a circle forming sufficiently small building elements and therefore easy to maznipulerO
The individual plates, the individual segments or the rings can be connected by gluing, by clap fixing and / or by a removable assembly.

Les parois du matériau accumulateur peuvent etre munies de perforations. Ces perforations ser-vent, le cas échéant, 3 modifier volontairement la direction des gaz brûlés pour les porter à la température la plus favorable possible2 ainsi qu > à augmenter la surface émettrice de chaleur du matériau accumulateur. The walls of the accumulator material can be provided with perforations. These perforations are used, if necessary, to voluntarily modify the direction of the burnt gases in order to bring them to the most favorable temperature possible2 as well as to increase the surface emitting heat of the accumulating material.

Selon une autre caractéristique de l'invention la couche interne du matériau accumulateur peut de préférence être constituée par du SiC ou contenir du SiC et la couche externe être constituée par un matériau 'a forte teneur en alumine. Cette combinaison des deux couches constituées par un matériau thermiquement relativement bon conducteur et par un matériau thermiquement relativement mauvais conducteur s'est révélée particulièrement avantageuse. According to another characteristic of the invention, the internal layer of the accumulator material can preferably consist of SiC or contain SiC and the external layer consist of a material with a high alumina content. This combination of the two layers constituted by a thermally relatively good conductive material and by a thermally relatively bad conductive material has proved to be particularly advantageous.

Pour renforcer encore l'efficacité du matériau accumulateur selon l'invention, ce dernier peut comporter sur la surface extérieure de sa couche externe et/ou de sa couche interne des structures augmentant sa surface, par exemple des nervures. To further enhance the effectiveness of the accumulator material according to the invention, the latter may comprise on the outer surface of its outer layer and / or of its inner layer structures increasing its surface, for example ribs.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation prix comme exemples, mais non lirnitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel
les figures 1 et 2 représentent schématiquement et suivant des vues en respective (partiellement éclatées) deux modes de réalisftion dune installation de chauffage selon l'invention ;
la figure 3 représente schématiquement et en perspective un mode d'agencement d'un matériau " deux couches formant un corps intercalaire en forme de caisson selon l'inveiition ;
la figure 4 représente schématiquement et en coupe une installation de chauffage comportant un dispositif à matériau accumulateur selon l'inveiition avec corps intercalaire tubulaire ;;
la figure 5 représente schématiquement et en perspective un dispositif accumulateur réalisé sous forme de corps intercalaire tubulaire selon l'invention
la figure 6 représente un diagramme illustrant la courbe de température en cas de fnctionnement intermittent de l'installation de chauffage avec et sans le dispositif selon l'invention
la figure 7 est une vue schtmatique illustrant l'augmentation des surfaces d'échange de chaleur et le gain d'énergie thermique en résultant pour le fluide chauffé
les figures 8a, 8b et 9a, 9b représentent des éléments en forme de plaques et d'anneaux avec surface structurée pour utilisation dans le cadre de l'invention.The invention will be better understood using the description of embodiments price as examples, but not limitative, and illustrated by the appended drawing, in which
Figures 1 and 2 show schematically and in respective views (partially exploded) two embodiments of a heating installation according to the invention;
Figure 3 shows schematically and in perspective an arrangement of a material "two layers forming an intermediate body box-shaped according to the invention;
Figure 4 shows schematically and in section a heating installation comprising an accumulator material device according to the invention with tubular intermediate body;
FIG. 5 shows schematically and in perspective an accumulator device produced in the form of a tubular intermediate body according to the invention
FIG. 6 represents a diagram illustrating the temperature curve in the event of intermittent operation of the heating installation with and without the device according to the invention
FIG. 7 is a schematic view illustrating the increase in heat exchange surfaces and the resulting gain in thermal energy for the heated fluid
Figures 8a, 8b and 9a, 9b show elements in the form of plates and rings with structured surface for use in the context of the invention.

L'installation de chauffage selon la figure 1 comporte une chambre de combustion 1 et un brûleur 2 placé devant. Dans la chambre de combustion 1 se trouve un agencement de plaques à deux couches réalisées en un matériau accumulateur réfractaire 3. Le matériau accumulateur 3 constitue un corps intercalaire i1 en forme de caisson ouvert du côté du brûleur et dans lequel pénètre la flamme 40 Le-matériau accumulateur 3 comporte une couche interne 9 tournée du côté de la flamme 4 du brûleur et une couche externe 10 tournée du côté opposé. La couche interne 9 est réalisée en un matériau céramique réfrae taire de conductibilité thermique relativement élevée et bonne résistance aux chocs thermiques.La couche externe 10 est réalisée en un matériau céramique réfractaire de conductibilité thermique relativement faible et par conséquent de haute capacité thermique. Sur son cssté opposé au brûleur 2, le corps intercalaire 11 en forme de caisson formé par le matériau accumulateur 3 peut être fermé par une autre plaque verticale comme illustré sur la figure 3. L'installation de chauffage représentée sur la figure 2 correspond dans son prineipe à celle de la figure 1. Ici, cependant, le corps intercalaire 11 est oralisé tubulaire et non pas en fprme de caisson conme sur la figure 1. Ce corps intercalaire tubulaire 11 est formé de segments individuels 16.Sur les figures 1 et 2, dans le tube 5 raccordant la chambre de combustion 1 à la cheminée 6 est installé un clapet 7 qui se ferme -automatiquement à l'arrêt du brûleur 2 et, pendant les temps d'arrêt, empêche la dissipation de la chaleur emmagasinée dans le matériau accumulateur 3. La cheminée 6 comporte en outre un régulateur de tirage 12 qui limite le tirage dans le tube de fumée, stabilise la pression dans la chambre de combustion et permet une veiitilation de la cheminée pendant le temps d'arrêt exempt d'air chaud. En cas de régulateur de tirage à commande électro-mécanique, on obtient une ventilation forcée. The heating installation according to FIG. 1 comprises a combustion chamber 1 and a burner 2 placed in front. In the combustion chamber 1 is an arrangement of two-layer plates made of a refractory accumulator material 3. The accumulator material 3 constitutes an intermediate body i1 in the form of a box open on the side of the burner and into which the flame 40 Le- accumulator material 3 comprises an inner layer 9 facing the flame side 4 of the burner and an outer layer 10 facing the opposite side. The inner layer 9 is made of a refractory ceramic material of relatively high thermal conductivity and good resistance to thermal shock. The outer layer 10 is made of a refractory ceramic material of relatively low thermal conductivity and therefore of high thermal capacity. On its cssté opposite the burner 2, the intermediate body 11 in the form of a box formed by the accumulator material 3 can be closed by another vertical plate as illustrated in FIG. 3. The heating installation shown in FIG. 2 corresponds in its Prineipe to that of Figure 1. Here, however, the intermediate body 11 is tubular oralized and not in the form of a box like in Figure 1. This tubular intermediate body 11 is formed of individual segments 16. In Figures 1 and 2 , in the tube 5 connecting the combustion chamber 1 to the chimney 6 is installed a valve 7 which closes -automatically when the burner 2 stops and, during the downtime, prevents the dissipation of the heat stored in the accumulator material 3. The chimney 6 also includes a draft regulator 12 which limits the draft in the smoke tube, stabilizes the pressure in the combustion chamber and allows the chimney to be ventilated during the downtime free of hot air. In the case of an electro-mechanical draft regulator, forced ventilation is obtained.

La figure 4 représente en coupe l'installation de chauffage selon la figure 2 avec corps intercalaire tubulaire 11 et dans lequel le support 13 est monté réglable en hauteur dans la chambre de combustion 1 de façon qu'on puisse l'installer à la bonne hauteur par rapport à la flamme 4 du brûleur. Figure 4 shows in section the heating installation according to Figure 2 with tubular intermediate body 11 and in which the support 13 is mounted adjustable in height in the combustion chamber 1 so that it can be installed at the correct height relative to flame 4 of the burner.

Dans le mode de réalisation selon la figure 5, le matériau accumulateur réfractaire 3 à deux couches formé de segments individuels 16 réunis en anneaux constitue un corps intercalaire tubulaire 11- qui est aussi monté réglable en hauteur sur des supports 13. Pour pouvoir etre adapté à la profondeur de chaque chambre de combustion, le support 13 est monté réglable en longueur de façon télescopique dans des barres d'appui annulaires 15. Le corps intercalaire tubulaire 11, au niveau de son ouverture arrière opposée à la flamme 4 du brûleur, peut entre fermé par un couvercle 14. Les segments individuels 16 peuvent par exemple être réunis par collagepour former les différents anneaux ou être assemblés par -tout autre moyen de fixation. Les segments peuvent constituer des quarts de cercle, des demi-cercles ou toute autre fraction de cercles.Le corps intercalaire tubulaire 11 peut etre d'une seule pièce dans le sens axial ou formé de plusieurs anneaux. In the embodiment according to FIG. 5, the two-layer refractory accumulator material 3 formed of individual segments 16 joined in rings constitutes a tubular intermediate body 11- which is also mounted adjustable in height on supports 13. To be able to be adapted to the depth of each combustion chamber, the support 13 is mounted telescopically adjustable in length in annular support bars 15. The tubular intermediate body 11, at its rear opening opposite the flame 4 of the burner, can between closed by a cover 14. The individual segments 16 can for example be joined by gluing to form the different rings or be assembled by any other fixing means. The segments may constitute quarter circles, semicircles or any other fraction of circles. The tubular intermediate body 11 may be in one piece in the axial direction or formed of several rings.

Tous les anneaux ou certains d'entre eux peuvent eomporter dans leur paroi des perforations 17 permettant d'orienter à volonté l'échappement des gaz brûlés.All the rings or some of them can have perforations in their wall 17 allowing the exhaust of the burnt gases to be oriented at will.

P.,r la courbe en fonction du temps selon la figure- 6 de la température T de la chambre de combustion en cas de fonctionnement intermittent du brûleur 2, d'une part, avec le dispositif selon l'invention (ligne en trait plein) et, d'autre part, sans ce dispositif (ligne en trait interrompu), on peut observer une prolongation sensible des temps d'arrêt et pb.r conséquent une diminution de la consommation de gaz et de mazout avec le dispositif selon l'invention. Les fractions correspondantes At des temps de marche et des temps d'arrêt du brûleur sont différentes et dépendent du dimensionnement de l'installation de chauffage et de la chaleur nécessaire. P., r the curve as a function of time according to FIG. 6 of the temperature T of the combustion chamber in the event of intermittent operation of the burner 2, on the one hand, with the device according to the invention (line in solid line ) and, on the other hand, without this device (dashed line), we can observe a significant prolongation of downtime and pb.r consequently a reduction in the consumption of gas and fuel oil with the device according to invention. The corresponding fractions At of the burner on and off times are different and depend on the size of the heating installation and the heat required.

Les pointes de température des courbes se situent à la même hauteur. Dans le cas d'un fonctionnement avec le dispositif selon l'invention, la durée du temps de marche est cependant d'environ 20 % inférieure à celle du fonctionnement sans ce dispositif.The temperature peaks of the curves are at the same height. In the case of operation with the device according to the invention, the duration of the running time is however approximately 20% less than that of operation without this device.

Comme on peut le voir sur la figure 7, le corps intercalaire selon l'invention prolonge l'échange de chaleur de la zone L1 à la zone Li et L2 avec un gain d'énergie thermique pour le fluide chauffé. As can be seen in FIG. 7, the intermediate body according to the invention extends the heat exchange from zone L1 to zone Li and L2 with a gain of thermal energy for the heated fluid.

Les figures 8a, 8b représentent des éléments en forme de plaques qui sont utilisés dans la constitution d'un corps intercalaire il en forme de caisson et qui comportent, pour agrandir leur surface, des structures en forme de nervures 8 qui, sur la figure 8a, ne sont prévus que sur la surface extérieure de la couche interne 9 du matériau accumulateur 3 et sur la figure 8b également sur la surface extérieure de la couche externe 10. Les figures 9a, 9b représentent des éléments correspondants réalisés en forme d'anneaux. Il est aussi possible d'envisager un mode de réalisation dans lequel les structures augmentant la surface ne sont prévues que sur la surface extérieure de la couche externe 10.  FIGS. 8a, 8b represent elements in the form of plates which are used in the constitution of an intermediate body il in the form of a box and which comprise, to enlarge their surface, structures in the form of ribs 8 which, in FIG. 8a , are only provided on the outer surface of the inner layer 9 of the accumulator material 3 and in FIG. 8b also on the outer surface of the outer layer 10. FIGS. 9a, 9b show corresponding elements produced in the form of rings. It is also possible to envisage an embodiment in which the structures increasing the surface are only provided on the external surface of the external layer 10.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réduire les pertes d'énergie dans une chambre de combustion comportant un brûleur à mazout ou à gaz et dans lequel un matériau accumulateur réfractaire, par exemple céramique, sous forme de briques, de plaques ou analogues est empilé ou disposé dans la chambre de combustion pour entourer au moins en partie la flamme du brûleur, caractérise par le fait que Je matériau accumulateur (3) du coté tourné vers la flamme (4) du brûleur comporte une couche interne (9) à haute conductibilité thermique et bonne résistance aux chocs thermiques et, du coté opposé à la flamme (4), une couche externe (10) à faible conductibilité thermique et grande capacité thermique 1. Device for reducing energy losses in a combustion chamber comprising an oil or gas burner and in which a refractory accumulator material, for example ceramic, in the form of bricks, plates or the like is stacked or placed in the combustion chamber to at least partially surround the burner flame, characterized in that the accumulator material (3) on the side facing the flame (4) of the burner has an internal layer (9) with high thermal conductivity and good resistance thermal shock and, on the side opposite the flame (4), an outer layer (10) with low thermal conductivity and high thermal capacity 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau accumulateur (3) est réalisé sous la forme d'un corps intercalaire (11) en forme de caisson ou tubulaire ou est constitué de parties assemblées pour former un tel corps intercalaire. 2. Device according to claim 1, characterized in that the accumulator material (3) is produced in the form of an intermediate body (11) in the form of a box or tubular or consists of parts assembled to form such an intermediate body . 3. Dispositif selon la revendicatiton 1 ou 2, caractérisé par le fait que-le corps intercalaire (ii) est réalisé en forme de caisson au moyen de plaques individuelles ou en forme de tube au moyen (l'anneaux.  3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate body (ii) is produced in the form of a box by means of individual plates or in the form of a tube by means of the rings. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les anneaux du corps intercalaire (il) sont formés par des plaques ou des segments individuels (16). 4. Device according to claim 3, characterized in that the rings of the intermediate body (il) are formed by plates or individual segments (16). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les plaques individuelles, les segments individuels ou les anneaux sont mutuellement raccordés par collage, par fixation à clabots et/ou par assemblage amovible. 5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the individual plates, the individual segments or the rings are mutually connected by gluing, by fixing with spikes and / or by removable assembly. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le corps intercalaire (11) est réalisé d'une seule pièce. 6. Device according to claim 2, characterized in that the intermediate body (11) is made in one piece. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que bs parois du matériau accumulateur (9, 10) sont munies de perforations (17).  7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that bs walls of the accumulator material (9, 10) are provided with perforations (17). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les plaques individuellesS les segments individuels ou les anneaux munis de perforations (17) provoquent une déviation volontairement déterminée des gaz brûlés en fonction de leur position angulairee 8. Device according to claim 7, characterized in that the individual plates the individual segments or the rings provided with perforations (17) cause a deliberately determined deviation of the burnt gases as a function of their angular position 9. Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la couche interne (9) est réalisée en sic ou contient du SiC et que la couche externe (10) est réalisée en un matériau à haute teneur en alumine. 9. Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the inner layer (9) is made of sic or contains SiC and that the outer layer (10) is made of a material with a high alumina content. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le matériau accumulateur (3) comporte des structures augmentant sa surface, par exemple des nervures (8), disposées sur la surface extérieure de la couche externe (10) et/ou de la couche interne (9).  10. Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the accumulator material (3) comprises structures increasing its surface, for example ribs (8), arranged on the outer surface of the outer layer ( 10) and / or the inner layer (9).