FR2827198A1 - Dispositif de pulverisation et procede de mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de pulvérisation pour pulvériser un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, comportant :- un conduit (32) d'injection d'un liquide à pulvériser,- une zone ou un conduit (46) de pulvérisation,- au moins un conduit d'injection (34, 36) d'un fluide de pulvérisation,- au moins deux conduits (40, 60) de circulation du fluide de pulvérisation partant de ce conduit d'injection et rejoignant la zone, ou le conduit (46) de pulvérisation, le fluide de pulvérisation étant divisé en plusieurs parties entre les conduits de circulation.
Description
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Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne le domaine de la pulvérisation de liquide, assistée à l'aide d'un fluide ou d'un gaz de pulvérisation, notamment de l'oxygène.
L'invention concerne le domaine de la pulvérisation de liquide, assistée à l'aide d'un fluide ou d'un gaz de pulvérisation, notamment de l'oxygène.
Elle concerne également le domaine de la combustion assistée par pulvérisation.
Elle concerne aussi un pulvérisateur et un procédé de pulvérisation, de même qu'une ligne de pulvérisation mettant en oeuvre un pulvérisateur selon l'invention.
Les fluides traditionnellement utilisés comme fluide de pulvéri- sation pour la combustion sont la vapeur d'eau ou l'air. L'inconvénient de la vapeur d'eau est d'injecter au coeur de la flamme un gaz non réactif qui va pomper de l'énergie de la flamme et éventuellement nuire à la stabilisation de ladite flamme. L'azote contenu dans l'air est source de polluants produits lors de la combustion et notamment d'oxyde d'azote (NOx). L'oxygène pur est donc de plus en plus utilisé comme fluide de pulvérisation pour s'affranchir d'une part de la pollution, dans le cas de l'utilisation de l'air, ou des modifications des caractéristiques de la flamme, dans le cas de la vapeur d'eau.
L'invention permet la pulvérisation de fioul léger ou lourd, mais également la pulvérisation d'autres liquides, par exemple de liquides composés de déchets liquides (assurant le rôle de combustible). Elle permet également la pulvérisation d'oxygène liquide, assurant le rôle de comburant, tandis que le gaz pulvérisateur est un hydrocarbure gazeux, assurant le rôle de combustible. Elle s'applique encore à un liquide constitué de boues, de braies ou de tout combustible à haute viscosité.
La combustion à l'oxygène est utilisée dans de nombreuses applications (fusion du verre, fusion des non-ferreux, réchauffage des aciers, etc. ). Parmi les combustibles utilisés, on trouve des combustibles liquides, par exemple le fioul léger ou le fioul lourd. On pulvérise ce liquide pour pouvoir ensuite le brûler.
Une des méthodes les plus communément utilisées pour pulvériser (disperser le liquide) et fabriquer des gouttelettes consiste à se servir d'un deuxième fluide, généralement un gaz ; il s'agit de la pulvérisation assistée.
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En combustion, ces gouttelettes vont directement gouverner les caractéristiques de la flamme (longueur de flamme, stabilité, etc. ) ainsi que les émissions produites (NOx, suies). La pulvérisation est donc une étape critique de la combustion des liquides.
On cherche à avoir un nombre suffisant de gouttes de petit diamètre pour assurer la stabilité de la combustion. En particulier, la qualité d'un pulvérisateur est mesurée à la taille des gouttes qu'il génère.
Le paramètre généralement utilisé est le diamètre moyen de Sauter (Sauter Mean Diameter, SMD), celui-ci étant de préférence inférieur à
50 um.
50 um.
Les mécanismes responsables de la pulvérisation peuvent schématiquement être scindés en deux groupes distincts : les mécanismes de pulvérisation par impact (figure 1A) ou les mécanismes de pulvérisation par déstabilisation (figure 1B).
Ces mécanismes se différencient par la manière dont le fluide de pulvérisation est utilisé dans le pulvérisateur 2.
Dans le premier cas (figure 1A), la pulvérisation est liée à l'impact entre le liquide 4 et le fluide de pulvérisation 6 ou le liquide 4 et une paroi ou encore entre le liquide et lui-même. C'est alors l'énergie cinétique du fluide de pulvérisation qui contribue à fractionner le jet liquide en gouttes.
Dans le deuxième cas (figure 1B), la pulvérisation dépend des interactions à l'interface du liquide 4 et du fluide de pulvérisation 6. Ces interactions vont engendrer des instabilités qui, une fois amplifiées, conduisent à la rupture du jet liquide et à la fabrication des gouttes. Cette déstabilisation est d'autant plus amplifiée et efficace que le différentiel de vitesse à l'interface est grand, et que l'épaisseur de l'interface est fine.
Les pulvérisateurs de l'état de l'art n'utilisent qu'un seul de ces deux mécanismes.
Certains pulvérisateurs utilisent uniquement le mécanisme d'impact. C'est, par exemple, le cas des pulvérisateurs décrits dans les documents US 5 393 220 et de US 5 681 162.
Dans le document US 5 681 162, la pulvérisation s'effectue à t'aide de deux fluides de pulvérisation indépendants et bien distincts. Le contrôle de leur débit se fait d'ailleurs de manière indépendante.
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Dans le cas du document US 5 393 220, il y a un seul fluide de pulvérisation, le deuxième fluide gazeux en jeu, sur la couronne extérieure, assurant la combustion complète. Il ne participe donc pas à la pulvérisation. Seul les mécanismes d'impact sont utilisés dans ce document.
Certains pulvérisateurs utilisent uniquement le mécanisme de déstabilisation. C'est par exemple le cas du document EP 755 720 où tous les fluides s'écoulent de manière parallèle pour favoriser les processus de déstabilisation d'interface. Dans ce document, la pression d'utilisation typique est de 1 à 5 bar relatif.
Le document US 3 733 165 utilise un écoulement central d'oxygène qui vient aspirer une partie du combustible liquide. Le mélange ainsi obtenu est ensuite pulvérisé par le mécanisme de déstabilisation à l'aide d'un deuxième fluide distinct du premier qui est de l'air ou de la vapeur d'eau.
Les pulvérisateurs à liquide connus, utilisant un fluide de pulvérisation, se divisent en deux grandes catégories : les pulvérisateurs appelés "airblasf'et les pulvérisateurs appelés "air-assisted'.
A ce sujet, on peut se reporter à l'ouvrage de A. Lefebvre, Atomization and Sprays, 1989, Taylor & Francis.
Dans le premier cas, le niveau de pression utilisé pour le fluide de pulvérisation est compris entre ("airblast plainjet") 1 et 7 bar (relatif) ou ("airblast prefilming") 1 et 10 bar (relatif). Il est compris entre 1 et 6 bar (relatif) dans le deuxième cas ("air assisted").
En outre, pour avoir une pulvérisation correcte, c'est-à-dire un diamètre de goutte (SMD par exemple) de l'ordre de 50 um, it faut alors travailler avec une pression relative supérieure à 5 bar sur le fluide de pulvérisation.
En général, la pression minimum pour avoir un SMD de l'ordre de 50 à 100 um est 1,5 barg (certaines applications tolèrent en effet des gouttes de diamètre supérieur à 50 um).
Ceci a une conséquence sur la structure des lignes de pulvérisation d'un système de distribution d'oxygène.
Un tel système de distribution selon l'art antérieur est illustré sur la figure 2.
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Un tel système permet de fournir de l'oxygène, de pureté comprise entre 88% et 100% à l'aide de la technologie par adsorption, et notamment de la technique VSA ( Vacuum Swing Adsorption ), ou
VPSA ("Vacuum Pressure Swing Adsorption") ou PSA ("Pressure Swing
Adsorption"). Ces différentes techniques ont en général toutes en commun que le complément à l'oxygène est de l'argon (en général de 2 à
5%), dont la molécule est très voisine de la molécule d'oxygène, et de l'azote, qu'on n'arrive pas à éliminer totalement mais dont la concentration peut descendre à moins de 1%. En général, on ne peut guère, avec ces techniques, obtenir une pureté d'oxygène supérieure à
97%.
VPSA ("Vacuum Pressure Swing Adsorption") ou PSA ("Pressure Swing
Adsorption"). Ces différentes techniques ont en général toutes en commun que le complément à l'oxygène est de l'argon (en général de 2 à
5%), dont la molécule est très voisine de la molécule d'oxygène, et de l'azote, qu'on n'arrive pas à éliminer totalement mais dont la concentration peut descendre à moins de 1%. En général, on ne peut guère, avec ces techniques, obtenir une pureté d'oxygène supérieure à
97%.
Sur la figure 2, les moyens permettant d'obtenir l'oxygène de cette manière sont désignés par la référence 12.
Mais la pression relative de l'oxygène ainsi obtenu est faible, inférieure à 1 bar relatif.
A l'aide d'un surpresseur de faible coût, on peut légèrement augmenter cette pression, qui reste néanmoins insuffisante pour les injecteurs de fioul habituels.
Un compresseur 14 est donc monté en sortie de ces moyens
12.
12.
La ligne de pulvérisation 10 comporte en outre une ligne principale 16 qui se divise par exemple en plusieurs lignes d'alimentation de brûleurs. Sur la figure 2 seule une ligne de pulvérisation est représentée. Chaque ligne d'alimentation de brûleur se divise en une ligne de combustion 17 et en une ligne de pulvérisation 18 qui aboutit à un pulvérisateur 2. Le tout est ensuite amené vers le brûleur 19 auquel est également connecté une alimentation 21 en fioul.
Les pertes de charge, dans la ligne principale 16 et la ligne de pulvérisation 18 sont respectivement de l'ordre de 150 mbarg et 250 mbarg.
Ces pertes viennent s'ajouter aux 1 500 mbarg nécessaires à l'utilisation du pulvérisateur 2, comme déjà expliqué ci-dessus.
L'installation nécessite donc une production d'oxygène avec une pression d'environ 1 900 mbarg.
Or, dans le cas d'une production d'oxygène VSA, la pression disponible en sortie de compresseur 14 est de 700 mbarg pour un
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compresseur"Roots"et de 1 600 mbarg pour un compresseur de type "Piston low pressure".
Dans le cas d'une production d'oxygène de type PSA, ces valeurs, en sortie de compresseur 14, sont respectivement de 1 100 et
2 000 mbarg.
2 000 mbarg.
Notamment, dans le cas d'une production PSA avec un compresseur de type"Piston low pressure", on atteint 2000 mbarg, ce qui est théoriquement satisfaisant, mais qui offre trop peu de marge par rapport à la limite inférieure imposée pour la pression.
Les pressions, en sortie de compresseur, ne sont donc pas suffisantes pour assurer les 1 900 mbarg que nécessite une ligne de pulvérisation à l'oxygène./1 y a donc nécessité d'ajouter un surpresseur
20 qui va remonter la pression au niveau suffisant pour permettre la pulvérisation d'oxygène.
20 qui va remonter la pression au niveau suffisant pour permettre la pulvérisation d'oxygène.
Un tel surpresseur a en outre évidemment un coût.
Il se pose donc le problème de trouver un pulvérisateur pouvant fonctionner avec une pression de fluide de pulvérisation réduite pour pouvoir pulvériser du liquide combustible, par exemple du fioul léger ou du fioul lourd.
Il se pose également le problème de trouver un pulvérisateur permettant de supprimer le surpresseur 20 dans une ligne de pulvérisation telle que celle illustrée sur la figure 2.
Il se pose également le problème de trouver un nouveau dispositif et un nouveau procédé de pulvérisation permettant de générer les gouttes avec un diamètre moyen satisfaisant, et de préférence avec une pression réduite.
Exposé de l'invention
L'invention vise à résoudre ces problèmes. Elle concerne d'abord un dispositif de pulvérisation pour pulvériser un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, comportant : - un conduit d'injection d'un liquide à pulvériser, - une zone ou un conduit de pulvérisation, - au moins un conduit d'injection d'un fluide de pulvérisation,
L'invention vise à résoudre ces problèmes. Elle concerne d'abord un dispositif de pulvérisation pour pulvériser un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, comportant : - un conduit d'injection d'un liquide à pulvériser, - une zone ou un conduit de pulvérisation, - au moins un conduit d'injection d'un fluide de pulvérisation,
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- au moins deux conduits de circulation du fluide de pulvérisation partant de ce conduit d'injection et rejoignant la zone, ou le conduit de pulvérisation, le fluide de pulvérisation étant divisé en plusieurs parties entre les conduits de circulation.
La présence d'au moins deux conduits de circulation du fluide de pulvérisation permet de réduire la pression d'injection de ce fluide.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de pulvérisation pour pulvériser un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, comportant : - un conduit d'injection d'un liquide à pulvériser, - au moins un conduit d'injection d'un fluide de pulvérisation, - des moyens pour former un film dudit liquide à pulvériser, - des moyens, pour réaliser un impact entre une première partie du fluide de pulvérisation et ledit film, - des moyens pour réaliser une déstabilisation par interactions à l'interface entre ledit film de liquide à pulvériser et une deuxième partie du fluide de pulvérisation.
La pulvérisation mettant en oeuvre deux phénomènes de pulvérisation permet de produire des gouttes avec un diamètre correct (de l'ordre de 50 um ou moins), avec une pression relative réduite pour le fluide de pulvérisation.
Les moyens pour former un film de liquide à pulvériser (d'épaisseur inférieure à 1 mm mais supérieure à 0,25 mm), comportent, selon un mode de réalisation, une première et une deuxième paroi parallèles entre elles, par exemple formées respectivement par la paroi extérieure d'un conduit central d'un distributeur, et par la paroi intérieure d'un injecteur.
L'invention concerne également un système de pulvérisation d'un liquide, comportant des moyens pour produire un fluide de pulvérisation, et un dispositif de pulvérisation selon l'invention.
L'invention concerne également un procédé de pulvérisation d'un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, mettant en oeuvre un dispositif ou un système selon l'invention.
L'invention permet de n'utiliser qu'un seul fluide de pulvérisation, et avec une pression réduite, comprise entre 100 mbarg et 1 barg.
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Seuls deux débits sont donc à gérer, le débit du liquide à pulvériser et le débit du fluide de pulvérisation.
Brève description des figures - Les figures 1A et 1B représentent schématiquement les principes de deux mécanismes connus de pulvérisation, - la figure 2 représente une ligne de pulvérisation connue selon l'art antérieur, - la figure 3 représente un mode de réalisation d'un pulvérisa- teur selon l'invention, - les figures 4 et 5 illustrent la détermination des paramètres d'un pulvérisateur selon l'invention, - la figure 6 représente une ligne de pulvérisation selon l'invention, mettant en oeuvre un pulvérisateur selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Un mode de réalisation d'un pulvérisateur 22 selon l'invention va être décrit en liaison avec la figure 3.
Un mode de réalisation d'un pulvérisateur 22 selon l'invention va être décrit en liaison avec la figure 3.
Sur cette figure, un distributeur 31 comporte un conduit central 32 par lequel arrive un liquide à pulvériser.
Il comporte également deux conduits latéraux 34,36, par lesquels arrive un fluide de pulvérisation.
Ces conduits vont en se rapprochant de l'axe central de l'injecteur, dans le sens d'écoulement du liquide.
Pratiquement, ces deux conduits latéraux 34,36 peuvent être identiques par la réalisation d'un conduit cylindrique unique autour du distributeur 31.
Une zone centrale 46 constitue une zone ou une chambre ou un conduit de pulvérisation, dans lequel ou dans laquelle aboutissent d'une part le liquide à pulvériser, et d'autre part le fluide de pulvérisation.
Le fluide de pulvérisation est injecté dans la zone 46, d'une part par un conduit central 38 de pulvérisation (de diamètre intérieur D, ni) auquel aboutit un (ou plusieurs, par exemple entre un et quatre) conduit transverse 40, qui part du conduit latéral 36, et d'autre part par un ou plusieurs (par exemple entre un et huit) orifice (s) latéral/aux 42 pratiqué (s) dans l'injecteur 44.
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Ainsi, le fluide de pulvérisation est injecté par plusieurs voies, ce qui permet de diminuer la pression nécessaire pour un fonctionnement correct du pulvérisateur.
Le liquide à pulvériser s'écoule, depuis le conduit central 32 d'injection, dans un ou plusieurs (par exemple entre un et quatre) canaux 37, puis dans un canal 48 formé entre la paroi extérieure du conduit central 38 de pulvérisation et la paroi intérieure de l'injecteur 44. Si ces deux parois sont cylindriques avec des diamètres relatifs D-t, q et D\q, un film de liquide produit par écoulement dans le canal 48 a une épaisseur égale à (D\q-D-liq)/2.
Le film de liquide à pulvériser ainsi produit rencontre le liquide de pulvérisation injecté par les orifices latéraux 42, avec lequel une pulvérisation par impact se produit. Il entre également en interaction de surface (ou de déstabilisation) avec le fluide de pulvérisation injecté dans la zone 46 via le conduit 38, dirigé selon une direction parallèle ou tangentielle au film de liquide à pulvériser et qui contribue lui aussi à la pulvérisation du film de liquide à pulvériser.
Les deux mécanismes de pulvérisation se produisent simultanément et contribuent à une bonne pulvérisation du liquide, ainsi qu'à l'abaissement de la pression nécessaire au pulvérisateur pour fonctionner
correctement, c'est-à-dire en produisant un diamètre de goutte (SMD) de l'ordre de 50 um ou moins.
correctement, c'est-à-dire en produisant un diamètre de goutte (SMD) de l'ordre de 50 um ou moins.
L'ensemble composé par les pièces 31 et 44 vient se loger dans une buse 50. Celle-ci contient une partie conique 52 et se termine par un embout 54 de section constante. La buse dessine les contours de, ou guide, l'écoulement du fluide de pulvérisation qui va se répartir entre le passage ou conduit transverse 40 et la partie 60 du conduit latéral 36 qui va en se rapprochant de l'axe de l'injecteur.
Dans cette dernière partie 60, il est possible de rajouter une composante tangentielle au fluide de pulvérisation injecté par les orifices latéraux 42. Cette partie du fluide de pulvérisation a donc d'une part un effet de pulvérisation et d'autre part un effet de déstabilisation. Les phénomènes de déstabilisation sont alors amplifiés par le différentiel de vitesse à l'interface. Le fait de rajouter une composante tangentielle ("swirl") joue un rôle important : par un effet de centrifugation, on augmente la composante axiale de vitesse au voisinage de l'interface.
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Ainsi, on augmente localement le différentiel de vitesse. L'ajout d'un angle de swirl est donc également bénéfique pour la qualité de la pulvérisation.
Le dispositif selon l'invention permet de réduire la pression d'injection du fluide de pulvérisation, tout en ne nécessitant que la gestion de deux débits : le débit de liquide et celui d'un seul fluide de pulvérisa- tion.
Avec le pulvérisateur selon l'invention, la pression amont du fluide de pulvérisation est comprise entre 100 mbarg et 1 barg pour pulvé- riser du liquide combustible, par exemple du fioul léger ou du fioul lourd (par exemple : 300 mbarg pour du fioul lourd).
Cette pression réduite permet de réaliser une ligne de pulvérisation sans surpresseur.
L'état de l'art fait appel à deux fluides de pulvérisation (par exemple US 5 681 162 ou US 3 733165). Selon l'invention, les deux mécanismes de pulvérisation (impact et déstabilisation) ont lieu quasiment simultanément. Le film liquide est à la fois confronté à un impact (l'énergie cinétique du fluide issu du ou des canal/aux 32 va désintégrer le film liquide) et à une déstabilisation (la vitesse du fluide de pulvérisation issu de conduit 38 va déstabiliser l'interface liquide). La coexistence de ces deux phénomènes permet de réduire par trois les pressions d'utilisations par rapport à l'état de l'art. Par exemple, la pression recommandée dans EP 755 720 est comprise entre 1 bar et 5 bar relatifs, la pression recommandée dans US 3 733 165 est comprise entre 0.3 et 2 kg/cm2G (soit 0.29 et 1.96 bar relatifs). Selon l'invention, la pression nécessaire pour obtenir une pulvérisation correcte est comprise entre 0.1 et 0,9 ou 1 bar relatif.
Les avantages génériques liés à l'utilisation de l'oxygène (d'une pureté comprise entre 88% et 100%) comme fluide de pulvérisation sont en particulier la réduction de la quantité de NOx, lié à la suppression de tout ou une partie de l'azote contenu dans l'air utilisé habituellement comme fluide de pulvérisation (l'air est par exemple utilisé comme fluide de pulvérisation dans US 3 733 165, EP 755 720).
Les réductions de NOx sont encore plus importantes pour les applications où le comburant utilisé pour la combustion est également de l'oxygène (d'une pureté comprise entre 88% et 100%).
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En plus de ces avantages génériques, l'utilisation, selon l'invention, de l'oxygène à basse pression apporte les avantages supplémentaires suivants. L'oxygène basse pression a une faible vitesse.
L'impulsion du jet de liquide pulvérisé est donc réduite, ainsi que celle de la flamme. Il en résulte : - des températures de flamme plus basses, - une distribution du flux thermique plus uniforme, - des températures de voûte et des réfractaires plus basses, - moins de NOx et SOx produits dans la flamme, - moins de volatilisation.
Soit K le rapport ente le débit massique du fluide de pulvérisation et le débit massique de liquide. On peut prendre, pour l'injecteur selon l'invention : 0,1 < K < 1.
Soit X la fraction du débit du fluide de pulvérisation qui passe par le circuit central 40-38. On peut prendre, pour un injecteur selon l'invention 0,1 < X < 0,5.
Le débit de fluide de pulvérisation qui passe par le circuit central 40-38 est donc égal à . K fois le débit massique de liquide (Qliq).
Le minimum correspond donc à ,. K = 0. 01, et le maximum correspond à k. K = 0. 5.
Le minimum correspond donc à ,. K = 0. 01, et le maximum correspond à k. K = 0. 5.
Les figures suivantes détaillent les relations qui existent dans l'injecteur proposé, dans le cas où le liquide à pulvériser est du fioul lourd N02 (F02), de débit à peu près égal à 100 kg/h
La figure 4 décrit le choix du diamètre central Dlnt : pour un débit de liquide donné, le domaine de choix de D, nt est décrit par l'aire comprise entre : * Un diamètre minimum de 1 mm (pour des raisons de faisabilité), * les deux droites Vmini = 20 mis et Vmaxi = 250 m/s (vitesses minimale et maximale dans un atomiseur pour un jet central), e les deux courbes correspondant aux débits de fluide de pulvérisation central minimum : (0, 01*Qliq) et maximum : (0, 5*Qliq).
La figure 4 décrit le choix du diamètre central Dlnt : pour un débit de liquide donné, le domaine de choix de D, nt est décrit par l'aire comprise entre : * Un diamètre minimum de 1 mm (pour des raisons de faisabilité), * les deux droites Vmini = 20 mis et Vmaxi = 250 m/s (vitesses minimale et maximale dans un atomiseur pour un jet central), e les deux courbes correspondant aux débits de fluide de pulvérisation central minimum : (0, 01*Qliq) et maximum : (0, 5*Qliq).
On voit que, préférentiellement, Dint est compris entre 2 mm et 7 mm, ou est égal à, ou voisin de, 3 mm.
Un diamètre compris entre 3 mm et 7 mm permet un fonctionnement sur toute la plage de vitesses souhaitées. Un diamètre de l'ordre de 3 mm permet en outre de limiter l'encombrement de l'injecteur.
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La figure 5 décrit le choix de la trame de l'écoulement liquide (ou épaisseur du film de liquide à pulvériser). Les dimensions D\q et D'hq ont été définies plus haut. De préférence, on cherche à satisfaire deux
a critères principaux : a la trame (D-hq-D\q)/2 est supérieure à 0,25 mm pour éviter tout risque de bouchage, a la vitesse du liquide au sein de la trame est supérieure à 1 mis et inférieure à 10 mis.
a critères principaux : a la trame (D-hq-D\q)/2 est supérieure à 0,25 mm pour éviter tout risque de bouchage, a la vitesse du liquide au sein de la trame est supérieure à 1 mis et inférieure à 10 mis.
Pour Qhq = 100 kg/h, on choisira préférentiellement pour (Dq-D-hq) une valeur comprise entre 0,8 mm ou 0,9 mm et 1,1 mm, ou 1,2 mm notamment la valeur de 1 mm.
En ce qui concerne la buse conique, elle se termine par un embout 54 de longueur Ln et de diamètre intérieur Dn.
Ces deux dimensions sont choisies de sorte que le mélange gaz-liquide sortant par le canal 46 n'impacte pas sur le rebord intérieur de cet embout 54.
L'angle d'un jet étant de 11 , la condition précédente implique : 0 < Ln/ (Dn-D\q) < 2,6
Le pulvérisateur selon l'invention ne met en oeuvre qu'un seul fluide de pulvérisation, distribué entre plusieurs passages ou conduits (au moins deux, l'un étant désigné par la référence 40 sur la figure 2, l'autre par la référence 60).
Le pulvérisateur selon l'invention ne met en oeuvre qu'un seul fluide de pulvérisation, distribué entre plusieurs passages ou conduits (au moins deux, l'un étant désigné par la référence 40 sur la figure 2, l'autre par la référence 60).
Seuls deux débits sont à gérer : le débit du liquide à pulvériser et le débit du fluide de pulvérisation.
Un film liquide est par ailleurs produit, qui est soumis simultanément à deux phénomènes de pulvérisation, par impact et par déstabilisation.
Le nombre d'orifices latéraux 42 utilisés dans un dispositif de pulvérisation selon l'invention est au minimum égal à un. Plusieurs orifices 42 peuvent être répartis, de manière symétrique, ou pas, autour de la zone de combustion 46.
Un pulvérisateur selon l'invention peut être utilisé dans une ligne de pulvérisation ou un système de distribution d'oxygène similaire à celle ou celui illustré sur la figure 2 ci-dessus. Une telle ligne de
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pulvérisation est représentée sur la figure 6, sur laquelle les références identiques à celles de la figure 2 y désignent des éléments identiques ou similaires.
En particulier, les moyens 12 permettent de produire de l'oxygène impur par adsorption, dont la pression de sortie est inférieure à environ 3 bar relatifs.
La ligne principale 16 comporte par exemple (est indiquée entre parenthèses, pour chaque composant, la perte de charge induite par ce composant) : - un silencieux 161 (20 mbarg), - un échangeur de chaleur 162 (20 mbarg), - des vannes de régulation 164,166 (5 mbarg pour chaque vanne), - des vannes quart de tour 163,165 (5 mbarg pour chaque vanne), - un débitmètre 167 (30 mbarg), - un clapet anti-retour (20 mbarg), - divers éléments tels que tuyauteries, coudes, etc. (40 mbarg).
Au total, la perte de charge dans la ligne principale 16 est d'environ 150 mbarg.
La référence 168 désigne une réserve d'oxygène à haute pression (non utilisée lors du fonctionnement normal de l'installation).
Chaque ligne de pulvérisation 18 est associée à un four 19 et comporte, selon un exemple : - une vanne quart de tour 181 (10 mbarg), - un débitmètre 182 (30 mbarg), - un détendeur 190 (150 mbarg), un flexible 192 (20 mbarg), - divers éléments tels que tuyauteries, coudes, etc. (25 mbarg).
La pression du four 19 est typiquement de 15 mbar, ce qui porte la perte de charge totale dans la ligne de pulvérisation 18 à environ 250 mbarg.
L'oxygène de combustion est dirigé vers le brûleur 19 via une vanne régulante 183, une vanne quart de tour 184 et un flexible 185.
La pression nécessaire en sortie de compresseur 14 est donc de 700 mbarg, dans le cas d'un pulvérisateur 22 selon l'invention
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fonctionnant avec une pression d'injection de 300 mbarg (avec une trame de 1 mm et Dut égal à 3 mm).
Les niveaux de pression disponibles en sortie de compres- seur 14 et déjà indiqués d-dessus (Installation VSA : 700 mbarg pour un compresseur"Roots"et 1 600 mbarg pour un compresseur de type "Piston low pressure" ; installation PSA : respectivement 1 100 mbarg et 2 000 mbarg) sont donc désormais suffisants pour assurer les 700 mbarg nécessaires à la pulvérisation, ce qui permet de retirer le surpresseur 20 de l'installation. L'installation de la figure 6 ne comporte donc pas de surpresseur.
La mise en oeuvre de l'invention permet l'utilisation d'oxygène fournit par un système de fourniture d'oxygène in situ (VSA/VPSA/
PSA), l'oxygène étant fourni, notamment par adsorption, à une pureté comprise entre 88% et 100%, les impuretés étant essentiellement de l'argon et/ou de l'azote, et l'oxygène étant fourni à une pression relative comprise entre 500 et 1 900 mbarg, de manière préférentielle entre 700 et
1 400 mbarg.
PSA), l'oxygène étant fourni, notamment par adsorption, à une pureté comprise entre 88% et 100%, les impuretés étant essentiellement de l'argon et/ou de l'azote, et l'oxygène étant fourni à une pression relative comprise entre 500 et 1 900 mbarg, de manière préférentielle entre 700 et
1 400 mbarg.
Des variantes peuvent être mises en oeuvre pour la réalisation d'une ligne de pulvérisation ou d'un système de distribution avec un pulvérisateur selon l'invention.
Cependant, il est préférable, comme illustré sur la figure 6, d'utiliser un détendeur 184 sur la ligne de pulvérisation. On choisira de préférence un détendeur à faible perte de charge comprise entre 100 et 200 mbar, de préférence 150 mbar). L'utilisation de ce détendeur permet de s'affranchir complètement des fluctuations de pression issues du compresseur (typiquement 25 mbar autour de la pression nominale). En maintenant ainsi une pression constante au niveau du pulvérisateur, on obtient des caractéristiques de flamme constantes quelles que soient les variations de pression issues du compresseur, la stoechiométrie du brûleur et la puissance du brûleur.
Claims (26)
1. Dispositif de pulvérisation pour pulvériser un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, comportant : - un conduit (32) d'injection d'un liquide à pulvériser, - une zone ou un conduit (46) de pulvérisation, - au moins un conduit d'injection (34,36) d'un fluide de pulvérisation, - au moins deux conduits (40,60) de circulation du fluide de pulvérisation partant de ce conduit d'injection et rejoignant la zone, ou le conduit (46) de pulvérisation, le fluide de pulvérisation étant divisé en plusieurs parties entre les conduits de circulation.
2. Dispositif selon la revendication 1 comportant : - des moyens (48) pour former un film du liquide à pulvériser ; - des moyens (42) pour réaliser un impact entre une première partie du fluide de pulvérisation et le film de liquide à pulvériser, - des moyens (38) pour réaliser une déstabilisation par interaction à l'interface entre ledit film du liquide à pulvériser et une deuxième partie du fluide de pulvérisation.
3. Dispositif de pulvérisation pour pulvériser un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, comportant : - un conduit (32) d'injection d'un liquide à pulvériser, - une zone ou un conduit (46) de pulvérisation, - au moins un conduit d'injection (34,36) d'un fluide de pulvérisation, - des moyens (48) pour former un film dudit liquide à pulvériser, - des moyens (42) pour réaliser un impact entre une première partie du fluide de pulvérisation et ledit film, - des moyens (38) pour réaliser une déstabilisation par interaction à l'interface entre ledit film de liquide à pulvériser et une deuxième partie du fluide de pulvérisation.
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4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, les moyens pour former un film de liquide à pulvériser comportant une première et une deuxième parois (38,44) parallèles entre elles.
5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, l'épaisseur du film de liquide étant supérieure à 0,25 mm.
6. Dispositif selon la revendication 5, l'épaisseur du film de liquide étant comprise entre 0,4 mm et 0,6 mm.
7. Dispositif selon la revendication 6, l'épaisseur du film de liquide étant égale à 0,5 mm.
8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, les moyens (42) pour réaliser un impact entre une première partie du fluide de pulvérisation et le film de liquide à pulvériser comportant des moyens pour diriger une première partie du fluide de pulvérisation vers le, ou en direction du film de liquide à pulvériser.
9. Dispositif selon la revendication 8, les moyens pour diriger une première partie du fluide de pulvérisation vers le, ou en direction du, film de liquide à pulvériser comportant au moins un orifice (42), réalisé dans le conduit (46) de pulvérisation, ou qui dirige ladite première partie du fluide de pulvérisation vers ladite zone de pulvérisation (46).
10. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 9, les moyens pour réaliser une déstabilisation par interaction à l'interface entre ledit film de liquide à pulvériser et une deuxième partie du fluide de pulvérisation comportant des moyens (38) pour diriger ladite deuxième partie du fluide de pulvérisation selon une direction parallèle ou tangentielle audit film de liquide à pulvériser.
11. Dispositif selon la revendication 10, la zone ou le conduit (46) de pulvérisation, ayant la forme d'un premier cylindre de révolution, de diamètre intérieur D\q, les moyens (38) pour diriger ladite deuxième partie du fluide de pulvérisation selon une direction parallèle ou
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tangentielle audit film de liquide à pulvériser comportant un conduit central (38) de pulvérisation, ayant la forme d'un second cylindre de révolution, de diamètre extérieur (D'hq) inférieur au diamètre intérieur du premier cylindre.
12. Dispositif selon la revendication 11, le conduit central (38) de pulvérisation ayant un diamètre intérieur (D, nt) compris entre 2 mm et
7 mm.
13. Dispositif selon la revendication 12, le conduit central (38) de pulvérisation ayant un diamètre intérieur (Dint) égal à, ou voisin de,
3 mm.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, l'un des conduits (60) de circulation du fluide de pulvérisation comportant en outre des moyens pour donner au fluide de pulvérisation une composante de vitesse tangentielle à la zone ou conduit (46) de pulvérisation.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, comportant une enveloppe extérieure conique, prolongée par un embout dont la forme intérieure est celle d'un cylindre de révolution de diamètre Dn et de longueur Ln, Dn et Ln étant tels que le mélange de liquide et de fluide de pulvérisation sortant de la zone (46) s'écoule sans impact contre l'intérieur de l'embout.
16. Dispositif selon la revendication 15, la zone, ou le conduit (46), de pulvérisation ayant la forme d'un cylindre de révolution, de diamètre intérieur D+ljq, Dn, Ln et D\q étant tels que :
0 < Ln/ (Dn-D\q) < 2,6.
17. Système de pulvérisation d'un liquide comportant des moyens (12) pour produire un fluide de pulvérisation, et un dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 1 à 16.
18. Système selon la revendication 17, comportant en outre une ligne (18) de pulvérisation pour injecter le fluide de pulvérisation
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produit par les moyens (12) dans le, ou les, conduit (s) d'injection (34,36) de fluide de pulvérisation.
19. Système selon la revendication 17 ou 18, les moyens (12) étant des moyens pour produire de l'oxygène par adsorption.
20. Système selon la revendication 19, les moyens (12) produisant de l'oxygène à pression inférieure à 3 bar relatifs.
21. Système selon l'une des revendications 17 à 20, la ligne (18) de pulvérisation étant munie d'un détendeur à faible perte de charge.
22. Procédé de pulvérisation d'un liquide à l'aide d'un fluide de pulvérisation, dans lequel on injecte le liquide et le fluide de pulvérisation dans un dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 1 à 16 ou un système de pulvérisation selon l'une des revendications 17 à 21.
23. Procédé selon la revendication 22, le fluide de pulvérisation étant de l'oxygène.
24. Procédé selon la revendication 23, l'oxygène étant de pureté comprise entre 90 % et 100 %.
25. Procédé selon l'une des revendications 22 à 24, le fluide de pulvérisation étant injecté dans le dispositif de pulvérisation avec une pression comprise entre 100 mbarg et 1 barg.
26. Procédé selon l'une des revendications 22 à 25, le liquide à pulvériser étant du fioul, léger ou lourd, ou étant composé de déchets liquides, ou comportant un mélange d'oxygène liquide et d'hydrocarbure gazeux, ou comportant des boues, ou des braies, ou un combustible à haute viscosité.
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