Brevet FR2137259A1 — publié le 19721229

ta présente invention a essentiellement pour objet un brûleur à ouvreau du type comprenant une arrivée d'air et une arrivée de gaz sous pression, une chambre de mélange et une chambre de combustion comportant toutes deux des parties sensiblement cylindriques, à sections avantageusement circulaires et coaxiales. De tels brûleurs sont connus et couramment utilisés notamment dans des fours industriels. Un objet de l'invention est de constituer un brûleur de ce type, qui soit de construction particulièrement simple et économique, et qui d'autre part présente une puissance thermique spécifique considérable et admette en outre des variations très importantes du rapport d'alimentation gaz/air tout en gardant une flamme très stable. Ces buts sont atteints selon l'invention grâce au fAit que les arrivées d'air et de gaz se font dans la chambre de mélange sensiblement tangentiellement à la paroi de ladite chambre et perpendiculairement à son axe. Avantageusement les arrivées d'air et de gaz combustible sous pression se font en outre en contrerotation dans des plans tranversaux, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe du brûleur, décalés sur l'axe du brûleur, l'arrivée d'air se faisant derrière l'arrivée du gaz par rapport au sens de progression du mélange de combustion dans le brûleur. 1es arrivées d'air et de gaz se font par exemple par des ajutages, injecteurs ou analogues et les injecteurs d'air sont avantageusement décalés angulairement par rapport aux injecteurs de gaz. Irotqu'on opère de cette manière on obtient des résultats remarquables, et parmi ceux-ci on peut citer notamment - une stabilité parfaite de flamme commençant toujours à l'intérieur de l'ouvreau, et cela quel que soit le taux du mélange gaz/air variant dans de grandes proportions. Ainsi des essais avec un gaz naturel ont montré que le brûleur se comportait parfaitement bien avec des mélanges dont les proportions s'étageaient d'un défaut d'air de 40% à un excès d'air de 50%. - la combustion lorsque le gaz est admis sous haute pression (quelques bars) est terminée quelques centimètres en aval de 1' ouvreau. - la réalisation de brûleurs de très grande puissance unitaire par exemple de l'ordre de 500 thermies par heure avec un diamètre d'ouvreau de 165 mm et une longueur d'ouvreau de 300 à 400 mm. En outre la conception extrêmement simple de tels brûleurs permet, soit de placer une cellule de détection de flamme dans l'axe du brûleur, soit un regard démontable permettant d'examiner l'intérieur du brûleur et de l'enceinte et d'introduire éventuellement un ringard servant à débarrasser l'ouvreau d'objets pouvant éventuellement l'obstruer. a conception, les buts et avantages des brûleurs conformes à l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant uniquement à titre d'illustration un mode de réalisation d'un brûleur conçu selon l'invention. Dans ces dessins - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un brûleur, cette vue étant faite sensiblement suivant la ligne I-I de la figure 2; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du me me brûleur faite sensiblement suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 montre à plus petite échelle une variante de réalisation de la chambre de combustion. Selon le mode de réalisation illustré aux dessins, un brûleur 10 conforme à l'invention comprend essentiellement une chambre de mélange i1 et une chambre de combustion 12 qui fait suite à la chambre de mélange. La chambre de mélange il présente une paroi métàllique 1 13 sensiblement cylindrique circulaire et la chambre de combustion 12 présente une paroi épaisse 14 en béton réfractaire à section sensiblement cylindrique circulaire. les chambres 11 et 12sont coaxiales et les parois intérieures des deux chambres sont en alignement. Des brides métalliques 15, 16 assurent la jonction étanche des deux chambres. En outre le montage du brûleur dans le four se fait au moyen d'une bride 17, des cerclages métalliques 18, 19 protégeant le béton réfractaire 14 de la paroi dans cette région. Autour de la chambre de mélange 11 et coaxialement à elle est montée une enceinte 20 métallique formant boîte à air 21, l'arrivée d'air sous pression se faisant par une canalisation 22. L'air amené dans la boîte à air 21 pénètre dans la chambre de mélange il par des injecteurs 23 à 26 qui débouchent tangentiellement à la paroi de la chambre 11 et sont centrés sur un plan trsnsversal a perpendiculaire à l'axe 'x du bruleur. Dans exemple montré il y a quatre entrées d'air décalées à 900 dans le plan Pa. De même le gaz combustible arrive par une canalisation 27 qui débouche par quatre injecteurs 28 à 31 dans la chambre de mélange 11 tangentiellement à la paroi et dans le plan P transversal perpendiculaire à l'axe x'x du brûleur.Les g plans P et P sont décalés sur I'axe du brûleur, le plan P a g a étant situé en arrière du plan P . Dans l'exemple montré il y a g quatre injecteurs de gaz décalés angulairement de 900 dans le plan P , En outre, comme il apparaît à la figure 1 les injections g d'air et de gaz sont décalées d'environ 450. On voit également que l'air et le gaz sont amenés en contre-rotation, le sens d'arrivée d'air étant schématisé par les flèches A et celui du gaz par les flèches G. En outre, comme il apparaît plus clairement à la figure 1, on voit que les injecteurs de gaz, tels-que l'injecteur 29 présentent un ajutage ou orifice calibré 33 qui peut etre mis en place et éventuellement remplacé grâce au bouchon d'accès 34 monté dans l'axe de l'injecteur 29 et accessible de l'extérieur du brûleur. En outre, en arrière de la chambre de mélange il et traversant la paroi arrière 35 de la boite à air 21 est formée une partie cylindrique 36 qui se raccorde de façon étanche avec la chambre 11 et qui est fermée en son fond par un bouchon 37, par exemple vissé, pourvu d'un regard 38. La construction qui vient d'être décrite présente de multiples avantages. Compte tenu de ce que la boîte à air 21 entoure la partie arrière du brûleur et la refroidit, il n'y a pas de calories perdues vers ltextérieur et l'accès au regard 38 peut se faire sans précaution particulière. En cas d'obstruction du brûleur il est facile d'enlever le bouchon 37 et de passer un ringard pour dégager le brûleur. Si l'on veut modifier les caractéristiques de fonctionnement du brûleur, il suffit de remplacer les orifices calibrés 33 des injecteurs de gaz. Cependant les avantages principaux du brûleur conforme à l'invention proviennent de sa grande puissance unitaire de fonctionnement et de sa stabilité de flamme remarquable. On suppose que cela est dû, au moins en grande partie, au faitque l'air et le gaz étant amenés en rotation dans des tranches ou plans perpendiculaires à l'axe x'x du brûleur, la combustion s'effectue dans la chambre de combustion par tranches successives et sans production d'aucun imbrûlé. Cela semble d'autant plus plausible, que l'on constate avec un tel brûleur que la combustion est complète quelques centimètres seulement après arrivée du mélange combustible dans la chambre de combustion 12. Il est vraisemblable en outre que l'effet de contre-rotation et le décalage annulaire et axial des arrivées d'air et de gaz contribuent à la bonne stabilisation du processus de combustion et à la combustion homogène et progressive du mélange. Ainsi par exemple dans un mode de réalisation on avait choisi des caractéristiques suivantes - diamètre intérieur de la paroi 14 de l'ouvreau : 165 mm - longueur de l'ouvreau (ou chambre de combustion 12) : 400 mm - pression du gaz : 1 à 3,5 bars - pression d'air , 20 millibars. Avec un tel brûleur en utilisant un débit de gaz naturel de (PC=7,56th/m3) 66 Nm3/h (PCi=7,56th/m ) on obtenait un débit calorifique de 500thXh et une combustion parfaite. La stabilité de flamme n'était pas affectée quelle que soit la proportion air/gaz du mélange dans une plage allant par exemple d'un défaut d'air de 40% à un excès d'air de 50. Des brûleurs de ce type peuvent ainsi être utilisés pour équiper des cubilots de fusion de fonte dans le cas d'utilisation sous la forme d'un cubilot chauffé au coke avec un chauffage d'appoint au gaz. Ces brûleurs peuvent également entre utilisés dans des fours de réchauffage de métallurgie, dans des fours verticaux de production de chaux, et de façon générale dans toutes enceintes nécessitant de n'admettre pratiquement que des produits qui ont réagi entièrement entre eux dans les proportions du mélange admis. Dans certains cas, et comme illustré à la figure 3, on peut avoir avantage pour éviter des bouchages intempestifs par des matériaux solides en provenance du four de donner à la partie de sortie de l'ouvreau unesection rétrécie en prévoyant par exemple une partie tronconique 47 raccordant la section circulaire 48 d'entrée de la chambre de combustion 12 à une section de sortie rétrécie 49. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple, l'invention comprenant tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. -REVEND I CA T 10 NS - 1.- Brûleur à ouvreau du type comprenant une arrivée d'air et une arrivée de gaz sous pression, une chambre de mélange et une chambre de combustion comportant toutes deux des parties sensiblement cylindriques, à sections avantageusement circulaires, et coaxiales, caractérisé en ce que les arrivées d'air et de gaz se font dans ladite chambre de mélange sensiblement tangentiellement à la paroi'de ladite chambre et perpendiculairement à son axe. 2.- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites arrivées d'air et de gaz sous pression se font en contre-rotation dans des plans transversaux, perpendiculaires à l'axe du brûleur, décalés sur l'axe du brûleur 3.- Brûleur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arrivée d'air se fait derrière l'arrivée du gaz par rapport au sens de progression du mélange de combustion dans le brûleur 4.- Brûleur selon l'une des revendications 1 à ), caractérisé en ce que lesdites arrivées d'air et de gaz se font par des ajutages, injecteurs ou analogues qui sont décalés angulairement. 5.- Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que plusieurs arrivées d'air et de gaz sont prévues et décalées angulairement dans le plan transversal de distribution de l'air ou du gaz. 6.- Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi interne de la chambre de combustion est, au moins dans une première partie dans laquelle s'amorce et éventuellement s'effectue la combustion du mélange, à section cylindrique circulaire et est montée sensiblement dans le prolongement de la paroi interne de la section de sortie de la chambre de mélange. 7.- Brûleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre de combustion présente à son extrémité de sortie une section rétrécie, constituée par exemple par une partie à section cylindrique circulaire réduite raccordée à la partie d'entrée par une partie de rétrécissement, par exemple tronconique. 8.- Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi interne de la chambre de combustion ou de l'ouvreau est constituée en béton réfractaire. 9.- Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de mélange est entourée par une chambre plus vaste coaxiale formant boîte à air dans laquelle est délivré l'air comburant sous pression. 10.- Brûleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans l'axe du brûleur, en arrière de la chambre de mélange, est prévu un regard et/ou un bouchon d'accès au coeur du brûleur, ledit bouchon étant monté de façon étanche sur une partie solidaire de la chambre de mélange et faisant saillie derrière elle à travers la boîte à air. 11..- Brûleur selon les revendications 9 ou 10,caractérisé en ce que les injecteurs de gaz sont constitués par des tubes droits montés sur une conduite annulaire qui entoure au moins en partie la boite à air et qui la traversent ainsi que la paroi de la chambre de mélange, lesdits tubes étant fermés à leur partie arrière par un bouchon d'accès permettant le montage à l'autre extrémité du tube d'un orifice calibré pour l'admission du gaz dans la chambre de mélange.