Brevet FR2000280A1 — publié le 19690905

La présente invention concerne des "brûleurs à combustible liquide et vise notamment tua tel "brûleur muni d'une tête de pulvérisation perfectionnée dans laquelle le combustible liquide se mélange à un fluide de pulvérisation pour être projeté sous forme 5 de "brouillard finement pulvérisé. Ce brûleur est destiné à brûler des hydrocarbures liquides en utilisant un fluide de pulvérisation tel que vapeur d'eau, air ou autre agent gazeux. On utilise avec succès depuis tan certain temps des brûleurs à pulvérisation par fluide. Par exemple, le brevet des Etats-10 Unis Ho. 2 4-14 459» accordé le 21 Janvier 1947, au nom de J.JPlet-cher, décrit un brûleur à pulvérisation par fluide ayant de bonnes caractéristiques de fonctionnement jusqu'à un débit de combustible liquide de l'ordre de 2 tonnes à l'heure. Toutefois, au cours de ces dernières années, les chaudières industrielles as-15 semblées à l'usine ont pris des dimensions plus importantes et il y a maintenant avantage à leur associer des brûleurs de capacités atteignant 5 tonnes à l'heure de combustible liquide. les efforts initialement faits pour relever la capacité de brûleurs du genre décrit dans le brevet précité n'ont pas été couronnés de 20 succès, cet échec se traduisant d'une manière générale par une combustion incomplète du combustible liquide due à la médiocrité de la pulvérisation intérieure. Pour que ces brûleurs fonctionnent convenablement au-delà de leurs capacités nominales initiales, on parachève extérieurement la pulvérisation du combustible 25 en imprimant une vitesse accrue à l'air de combustion. Toutefois, on n'obtient ces vitesse^d'air accrues qu'en augmentant le tirage de brûleur, ce qui augmente les frais tandi d'installation que d'exploitation du fait qu'il faut prévoir des ventilateurs plus gros et une consommation d'énergie accrue. 30 Dans le brûleur que décrit le brevet précité, le combusti ble est pulvérisé dans deux étages, sur un trajet linéaire d'environ 6 mm. les deux stades de pulvérisation ont lieu près des orifices de sortie de la plaque de projection. Le premier stade intervient à l'intersection entre les passages de combustible et 35 de fluide de pulvérisation, le mélange résultant subissant ensuite une nouvelle pulvérisation, au cours d'un second stade, du fait qu'il se dilate à travers les orifices de projection. Un programme très complet d'étude du fonctionnement de ce brûleur, pour des débits de combustible dépassant 2 t/h, a révélé que la 69 00492 s 2000280 pulvérisation du combustible est incomplète dans la tête de pulvérisation, ce que révèle l'examen visuel du jet projeté par le brûleur, comportant de petits amas de combustible non pulvérisé. Pour résoudre ce problème, la présente invention propose un 5 brûleur assurant la pulvérisation en trois stades, sur une distance linéaire de plus de 50 mm, et comportant une section de mélange du combustible et de la vapeur de pulvérisation, voisine de l'extrémité de sortie du corps cylindrique ou barillet de brûleur, à laquelle succèdent dans l'ordre une section de déviation 10 et une section de projection du mélange. Le premier stade de pulvérisation a lieu dans la section de mélange, le courant de combustible étant cisaillé par la vapeur de pulvérisation animée d'une grande vitesse, puis le mélange fluide résultant passe dans la section de déviation, dans laquelle il heurte une surface 15 tronconique et est ensuite dirigé vers une chambre ménagée au milieu de la section de projection. Ainsi, le second stade comporte le choc et le changement de direction imprimés au mélange de fluides ainsi que le nouveau brassage qui apparaît dans la chambre de la section de projection. Le troisième stade de pulvé- 20 risation apparaît pendant que le mélange de fluides se dilate à travers les troùs de sortie de la section de projection. La présente invention a pour but de proposer s - un brûleur capable d'assurer la pulvérisation intérieure complète du combustible dans une large gamme de débits de combus- 25 tible, atteignant 5 tonnes/heure; - de supprimer la nécessité d'imprimer à l'air de grandes vitesses pour assurer une bonne pulvérisation, sans que la combustion devienne pour cela médiocre, ce qui se traduirait par des dépôts de coke sur les parois, pap l'allongement de la flamme et 30 par des pertes de combustible excessives; - un brûleur ayant l'avantage d'être facile à nettoyer et de fabrication plus commode et plus économique, les passages de combustible de liaison étant forés vers l'extérieur de la section de mélange. 35 Sur les dessins annexés : la figure 1 est une vue partielle en coupe de profil du brûleur à combustible liquide suivant l'invention; la figure 2 est une vue en coupe de profil de la section de mélange de ce brûleur; 40 la figure 3 est une vue en coupe de profil de sa section de 69 00492 3 2000280 déviation du mélange; la figure 4 est une vue de profil avec coupe partielle du manchon prolongeant le corps ou barillet du brûleur; la figure 5 est une vue de profil avec coupe partielle de la 5 section de projection du brûleur; la figure 2A est une vue en bout correspondant à la figure 2î La figure 3A est une vue en bout correspondant à la figure 3, 10 la figure 4A une vue en bout correspondant à la figure 4» et, la figure 5A une vue en bout correspondant à la figure 5. La figure 1 montre un brûleur à combustible liquide 10 comprenant un montage de barillet 11 raccordé par une extrémité à un 15 corps 12 et par 1*autre extrémité à une tête de pulvérisation 13. Le montage de barillet 11 comporte un tube extérieur 14, coaxial à un tube intérieur 15* Le corps 12 présente deux passages séparés 16 et 17, présentant des trous d'accès 18 et 19» pour l'admission de fluide dans les passages respectifs, et des trous de 20 sortie 20A et 21A, raccordés par filetage aux extrémités intérieures d«B tubes intérieur 15 et extérieur 14. ïïn joint 22 étanche au combustible liquide ou "mazout", est soudé sur l'extrémité du tronçon fileté du tube intérieur 15. Dans l'exemple choisi le passage 16 est affecté au mazout et le passage 17 à l'agent de 25 pulvérisation, tel que vapeur d'eau. Le passage 16 communique arec le passage 20 du tube intérieur 15» et le passage 17 avec le passage annulaire 21 ménagé entre les tubes extérieur 14 et intérieur 15. Le montage de pulvérisation 13 comprend une section de mélange 23» une section troneonique de déviation du mélange 24» 30 un manchon 25 de prolongement du barillet et une section de projection 26, ces sections étant assemblées en positions relatives convenables pottr former le montage de barillet 11 du brûleur 10, comme représenté sur la figure 1. L'extrémité de sortie du tube intérieur 15 reçoit un tronçon tubulaire 27V usiné pour s'emman-35 cher à coulissement dans l'alésage central 28 de la section de mélange 23. L'extrémité de sortie 29 du tube extérieur 14 est filetée pour se visser dans le manchon 25. Telle que représentée sur les figures 2 et 2A, la section de mélange 23 est un cylindre métallique comportant des parties con-40 centriques périphériques 30 et centrale 21. L'extrémité d'entrée 69 00492 4 2000280 de la partie périphérique est décalée vers l'intérieur et cette partie présente une rangée annulaire de conduits cylindriques équidistants 32, comportant chacun un tronçon d'entrée étroit 33» relié par un tronçon divergeant uniformément 35 à un tronçon de 5 sortie de grand diamètre 34, formant chambre de mélange. L'alésage central 28 est aussi en trois tronçons ï un tronçon de grand diamètre 36 relié par un tronçon convergeant uniformément 39 à un tronçon de faible diamètre 37. Les conduits 32 s'étendent sur toute la longueur de la partie périphérique 30, tandis que l'alé-10 sage central 28 ne traverse que partiellement la section de mélange 23. Chacun des conduits 32 est relié à l'alésage central 28 par un passage radial 38 qui débouche dans des chambres de mélange 34 succédant immédiatement aux tronçons divergents. La partie périphérique 30 présente des trous 40 répartis angulairement à 15 raison d'un en face de chaque passage axial 38. Les figures 3 et 3A montrent la section tronconique de déviation 24» formée par une couronne traversée par un passage tronconique 41 dont la grande phase 42 se situe à l'entrée et la petite base 44 à la sortie, le passage 41 ainsi formé se termi-20 nant par un débouché cylindrique 44. Les figures 4 et 4A montrent le manchon 25» qui présente un taraudage 45 à visser sur l'extrémité de sortie 29 du tube extérieur 14 et un filetage de sortie 46 à visser dans le taraudage 48 de la section de pulvérisation 26. 25 Les figures 5 et 5A montrent la section de pulvérisation 26, formée d'un capuchon de forme générale cylindrique qui définit une chambre centrale 43 à face intérieure 47 taraudée en 48, un redan 49 et un alésage 50 présentant en 51 une partie de paroi tronconique et terminé par une cloison centrale pleine 55, sensi-30 blement normale à l'axe du brûleur. La face d'extrémité 52 de la section de pulvérisation 26 est biseautée en 53 pour former une surface tronconique dans laquelle on perce les trous 54, la face 53 ayant sensiblement la même inclinaison que la face intérieure 51. 35 Pendant fonctionnement du brûleur, le combustible liquide sous pression à pulvériser arrive en continu à l'orifice 18, à partir duquel il emprunte le passage 16 du corps 12 pour ressortir, par l'orifice de sortie 20A, dans le passage central 20 du tube intérieur 15 et atteindre l'alésage central 28 de la section 40 de mélange 23, puis passer par les passages radiaux 38 dans les 69 00492 5 2000280 chambres de mélange 34 des conduits 32. Simultanément, le fluide de pulvérisation sous pression arrive en continu à l'orifice 19, puis traverse le passage 17 du corps 12 et pénètre par l'orifice de sortie 21A dans le passage annulaire 21, ménagé entre les 5 tubes intérieur 15 et extérieur 14, pour atteindre les conduits 32 de la section de mélange 23. les jets de vapeur qui pénètrent dans les chambres de mélange 34 cisaillent le courant de mazout qui jaillit des passages radiaux 38, avec lesquels elles forment un mélange mazout-vapeur émulsifié. Ce mélange, sous une 10 pression encore sur-atmosphérique, traverse l'extrémité d'entrée 42 de la section de déviation tronconique 24, frappant les faces tronconiques des passages 41» de sorte qu'il ne peut atteindre directement les orifices de sortie 54 de la section de pulvérisation 26. En fait, le mélange mazout-vapeur émulsifié sortant 15 de chacun des conduits 32 est dévié vers la chambre de mélange centrale 43 de la section de projection 26, où. il subit tua nouveau brassage. De la chambre centrale 43 de la section de projection le mélange atteint et traverse les orifices de projection 54 de cette section, où son énergie latente (pression) se 20 transforme en énergie dynamique (vitesse). la dilatation résultante de la vapeur d'eau accuse la dissociation du combustible liquide en petites particules et le mélange intime du combustible et de la vapeur d'eau, de sorte qu'il se forme un mélange sensiblement homogène de combustible finement pulvérisé et de 25 vapeur d'eau, prêt à être introduit dans le courant d'air de combustion. 69 00492 2000280 KETEItDICATIOKS 1 - Brûleur pour combustible liquide comprenant un barillet tubulaire, un tube intérieur disposé dans ce barillet pour définir avec lui xm passage de fluide annulaire, des moyens amenant du combustible liquide à pulvériser au tube intérieur, des moyens 5 amenant du fluide de pulvérisation au passage annulaire, une tête de pulvérisation reliée aux extrémités de sortie du tube intérieur et du passage annulaire, cette tête de pulvérisation comportant mie section de mélange qui présente un alésage central communiquant avec l'extrémité de sortie du tube intérieur, des con-10 duits communiquant avec ledit passage annulaire et une série de passages reliant 1*alésage central aux conduits et dirigeant le combustible liquide de manière à ce qu'il se mélange au fluide de pulvérisation pour être pulvérisé par lui, une section de déviation associée à la section de mélange, recevant le mélange 15 qui en émane et agencée pour rendre convergent le courant de combustible pulvérisé qui la traverse, et une section de projection, associée à la section de déviation et recevant le fluide qui en émane, présentant dans sa face de sortie des orifices de projection du combustible pulvérisé. 20 2 - Brûleur, selon 1, caractérisé en ee que les passages précités s'étendent normalement à l'axe du barillet de brûleur et relient auxdits conduits l'extrémité de sortie de l'alésage central. 3 - Brûleur selon 1, caractérisé en ce que la section de mé-25 lange présente des orifices situés en face des passages selon 2. 4 - Brûleur selon 1, caractérisé en ce que le tronçon d'entrée de l'alésage central est agencé pour s'emmancher à coulis-sement sur l'extrémité de sortie 'du tube intérieur. 5 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications pré-30 cédentes, caractérisé en ce que les conduits sont répartis autour de l'axe du barillet de brûleur, parallèlement à lui, et traversent de part en part la section de mélange. 6 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de déviation présente 35 xm passage tronconique dont la grande base communique avec l'extrémité de sortie de la section de mélange et dont la petite base communique avec l'extrémité d'accès à la tête de projection. 7 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices de la section de 69 00492 I *7 2000280 projection sont agencés pour projeter le fluide pulvérisé suivant des trajectoires divergentes et font un angle aigu avec l'axe du "barillet. 8 - Brûleur selon 1, caractérisé en ce que le tube intérieur 5 est concentrique au "barillet du "brûleur. 9 - Brûleur selon 8, caractérisé en ce que le tube intérieuj la section de mélange, la section de déviation et la section de projection sont centrés sur un même axe. 10 - Brûleur selon 1, caractérisé en ce qu'un manchon est 10 agencé pour s'engager sur l'extrémité de sortie du barillet et pour enfermer et soutenir les sections de mélange et de déviation, ce manchon s'engageant par son extrémité avant dans la section de projection.