Brevet FR2215588A1 — publié le 19740823

La présente invention se rapporte à un procédé destiné à l'amé- lioration de la combustion de substances solides, liquides et gazeuses et à des dispositifs, permettant de le réaliser ainsi que leur mise en place dans les différentes installations de combustion. Il est connu que le phénomène de combustion consiste essentiellement dans une forte combinaison d'une substance combustible avec une substance comburante avec dégagements-consécutif de lumière et de chaleur. Ce phénomène devient d'autant plus complet que le mélange entre le combustible et le comburant est plus intime. Un tel mélange n'est actuellement obtenu que d'une manière grossière par suite de l'existence d'une tension moléculaire entre les différentes particules en général et, dans le cas de combustibles liquides, du fait de la présence de la tension superficielle qui empche une fine pulvérisation des gouttelettes de ce combustible liquide. Il en résulte une combustion imparfaite des substances aussi bien solides que liquides ou gazeuses, accompagnée de la formation de produits toxiques ou corrosifs ou en tout cas nuisibles, aussi bien pour l'environnement que pour la conservation et le bon fonctionnement des installations. Il convient de rappeler que dans les installations de combustion actuellement utilisées, les conditions stoechiométriques de combinaison n'ont jamais pu tre respectées, d'où la nécessité de fournir aux installations un excès d'air comburant qui augmente le volume des fumées de combustion, soustrait de la chaleur et diminue le pouvoir irradiant des flammes. En outre, la mauvaise combustion donne lieu à la formation de composés éminemment toxiques, tels que l'oxyde de carbone, et peut provoquer pour ces raisons des phénomènes d'oxydation au détriment des matériaux entrant en contact avec les gaz de décharge. Ces inconvénients sont éliminés grâce au traitement préliminaire, c'est à dire avant la combustion, des substances combustibles et/ou comburantes, conformément au procédé faisant l'objet de la présente invention. Ce procédé se base pratiquement sur ltapplication aux tubulures raccordées en amont du brûleur, d'impulsions et de champs d'énergie agissant sur les gaz et/ou sur les liquides, coopérant dans le phénomène de la combustion avant que ceux-ci atteignent le point de leur combinaison et combustion. Ces champs d'énergie peuvent tre obtenus, soit au moyen de générateurs d'ultra-sons, soit en ayant recours à d'autres formes d'énergie, telles que le magnétisme, courants électriques, micro-ondes, rayons laser et semblables. Dans la description qui suit il sera fait mention, à titre d'e- xemple uniquement de l'application de sources d'ultra-sons à des instil- lations types de combustion, tout en se réservant la possibilité de remplacer ces sources par d'autres sources d'énergie, telles que celles énumérées plus haut. Selon l'exemple retenu, les ultra-sons sont émis par un ou plusieurs transducteurs, piézo-électriques, magnétostrictifs ou électrostric- tifs ou par des transducteurs électrodynamiques ou électrostatiques ou aussi par des générateurs alimentés par énergie mécanique. Le nombre de ce genre de générateurs d'ultra-sons dépend de la portée des conduites individuelles et, de ce fait, des quantités de gaz ou de liquide à traiter. Les impulsions et l'énergie ultra-sonore sont envoyées perpendiculairement ou coaxialement à ces conduites. Plus précisément, dans le cas de gaz, l'émetteur d'énergie est introduit au moyen d'une gaine en forme de tube, de lame ou de grille dans le filet du fluide tout en facilitant de cette manière les phénomènes de cavitation. Dans le cas de liquides par contre, l'énergie est envoyée perpendiculairement à la conduite, à l'aide d'un bloc de résonance particu- lière, réalisé en aluminium d'une grande pureté. Afin de tirer profit du phénomène de la cavitation, accentuant et amplifiant l'énergie introduite dans l'écoulement du liquide, il y a lieu d'apporter à un point en aval de l'endroit d'application du signal, une variation du débit. Cette variation est obtenue dans la pratique par la réduction ou ltaugmentation de la section de la conduite dans laquelle s'écoule le liquide. Il convient de préciser ici que le phénomène de turbulence peut tre provoqué aux mmes fins, aussi dans les conduites de trans port des aériformes. Au mme procédé peuvent tre soumis, suivant les cas, aussi bien le comburant constitué généralement par l'air que le combustible lui-mme qu'il soit liquide ou gazeux. Dans le cas de combustible solide pulvérisé, il est préférable que le traitement utilisant les ultra-sons ou autres formes d'énergie, soit effectué sur l'air comburant. Ce procédé peut tre appliqué simultanément aux substances combustibles et aux substances comburantes, en amont ou antérieurement au lieu ou à l'instant ou se produit la combustion. Dans ce cas, l'émission énergétique des sources est réglée par une commande centrale spéciale pilotée, élaborant les données fournies par des thermocouples convenablement disposés le long des conduites. Le procédé est 9ratiluement apolicable à toutes les installations utilisant des combustibles solides, liquides ou gazeux, tels que les chaudières, foura industriels, torches de raffinerie, moteurs thermiques et semblables.. Il est précisé que l'application d'impulsions et de champs d'é- nergie au combustible, au comburant ou à tous les deux, agit sur les molécules des substances traitées, produisant une activation de celles-ci, de caractère chimique ou chimico-physique. Cette explication n'a cependant aucun caractère restrictif quant au procédé suivant l'invention où les impulsions appliquées agissent sur les tensions moléculaires dans le cas de substances gazeuses et sur la tension superficielle dans le cas de, substances liquides comportant une activation moléculaire de caractère chimico-physique des. substances mmea. ;'activation obtenue selon ce procédé est de beaucoup différente de celle pouvant tre obtenue par les moyens mécaniques de broyage con nus. L'activation du combustible ou du comburant ou de tous les deux telle qu'elle est prévue dans le procédé de l'invention, permet d'obtenir une réduction soit de ltair comburant en excèa, soit de la quantité d'oxy- gène présent dans les gaz brûlés. Il est possible de relever, en outre, dans les produits de combustion une nette diminution du pourcentage d'hydrogène, oxyde de carbone, anhydride sulfureuse et anhydride sulfurique. En plus une réduction notable de fumées, suies, aérosols d'hydrocarbures non brûlés solides et semblables est obtenue et les installations de combustion sont moins assujetties aux phénomènes de corrosion dus au pentode de vanadium. Enfin, grâce au traitement, les gaz brûlés ont un moindre effet sur le phénomène d'oxydation et de décarburation des matériaux exposés à ceux-ci. Les différentes caractéristiques du procédé selon ltinvention visant une amélioration de la combustion conjointement avec la disposition pratique des sources énergétiques de traitement des substances fluides font l'objet de l'exposé qui suit, appuyé par des dessins schématisant quelques applications possibles. Fig. 1 montre un brûleur fonctionnant à huile combustible ouy plus généralement, i combustible liquide ; Fig. 2 représente une chaudière utilisant comme combustible de la sciure ; Fig. 2'se rapporte à une application particulière de la source énergétique à la chaudière de la fig. 2 ; Fig. 3 illustre un four à méthane ; Fig. 3'montre le détail de la source énergétique appliquée sur la conduite de l'air primaire du four de la fig. 3 ; Fig. 4 Ut voir une torche de raffinerie ; Fig. 5 a trait à un cubilot de fonderie ; Fig. 5'montre le détail de la source énergétique appliquée à la conduite de l'air d'alimentation de la combustion dans le cubilot de la fig. 5 ; Fig. 6 représente l'accouplement entre deux sources énergéti- ques appliquées respectivement sur la conduite du comburant et sur la conduite du combustible et réglées automatiquement par une centrale de commande-pilote. Le procédé faisant l'objet de l'invention prévoit que sur la conduite d'amenée du combustible 1 ou sur la conduite d'amenée du comburant 2 ou sur les deux conduites, ltappication d'un générateur d'ultra-sons 3. Ce générateur 3 doit tre disposé en amont du brûleur, à savoir à l'endroit où se produit le contact entre le combustible et le comburant. Plus précisément, au cas où il serait plus approprié d'effectuer le traitement sur le composant gazeux (fig. 2, 3, 4 et 5) le générateur d'ultra-sona 3 est inséré à l'intérieur de la conduite par l'intermédiai- re d'une gaine formée de tube, de lame ou de grille. Le mme générateur d'ultra-sons peut, suivant les convenances, tre inséré coaxialement (fig. 2'et 3') ou perpendiculairement (fig. 5 et 5') à la conduite d'amenée de l'aériforme. Au cas où, par contre, le traitement serait à effectuer sur le composant liquide (fig. 1), l'énergie est envoyée perpendiculairement aux conduites et le générateur d'ultra-sona 3 est appliqué sur un bloc de métal d'un haut facteur (quotient) de résonance et est craveté sur la conduite. Comme métal d'un haut quotient de résonance il y a avantage d'uti- liser de l'aluminium de pureté élevée. La conduite peut tre avantageusement munie d'une cellule de turbulance 4, placée en aval du générateur 3, mais toujours avant le bruleur. Cette cellule de turbulence est obtenue simplement par un tronçon de conduite de diamètre variable. Le générateur d'ultra-sons 3 est alimenté par un oscillateur 5 de type connu. Lorsque le générateur d'ultra-sons est appliqué tant à la conduite du combustible 1 qu'à la conduite du comburant 2 comme le montre la fig. 6, les oscillateurs respectifs 5 peuvent aboutir à un système central'6. Ce système central, en élaborant les données transmises par les thermocouples 7 et les moyens de captage de signal 8 placés en aval des générateurs 3, règle convenablement la fréquence d'alimentation des ge- nérateurs. Il résulte de ce qui précède que le procédé mentionné permet l'amélioration de la combustion de substances solides, liquides ou gazeuses et trouve son application pratique dans les dispositifs décrits à titre d'exemples non limitatifs et appelés à le concrétiser. R E V ENDICATIO NS 1) Procédé et dispositifs destinés à la combustion de subt- : n- ces solides, liquides ou ga~euses en association à un comburant, caracté- risés en ce qu'en amont du brûleur et sur au moins une des conduites dé- menée du combustible et du comburant est appliquée au moins une source d'impulsions et de champs d'énergie. 2) Procédé et dispositifs suivant la revendication 1, caracté- risés en ce cue la source d'impulsions et de champs d'énergie est au moins un générateur d'ultra-sons. 3) Procédé et dispositifs suivant les revendications 1 ou 2, caractérisés en ce que dans le cas où le traitement soit effectué sur le composant gazeux, la source d'impulsions et de champs d'énergie est insé- rée à l'intérieur de la conduite par l'intermédiaire d'une gaine sous forme de tube, de lame ou d'une grille. 4) Procédé et dispositifs suivant n'importe quelle des revendications précédentes, caractérisés en ce que la source d'in. pulsions et de champs d'énergie est insérée coaxialement à la conduite. 5) Procédé et dispositifs suivant n'importe quelle des revendications précédentes, caractérisés en ce que la source dtimpulsions et le champs d'énergie est insérée perpendiculairement à la conduite d'amenée. 6) Procédé et dispositifs suivant les revendications 1 ou 2, caractérisés en ce que dans le cas de traitement sur le composant liquide, l'énergie est envoyée perpendiculairement aux conduites et le générateur d'ultra-sons est appliqué sur un bloc en métal de haut quotient de réso- nance et cravete sur la conduite. 7) Procédé et dispositifs suivant la revendication 6, carafe- risés en ce que comme métal de haut quotient de résonance il est utilisé de l'alumirium possédant une pureté élevée. 8) Procédé et dispositifs suivant n'importe quelle des revendications précédentes, caractérisés en ce que la conduite est munie d'une cellule de turbulence placée en aval dugénérateurd'ultra-sonsetena- mont du brûleur. 9) Procédé et dispositifs suivant n'importe quelle des revendications précédentes, caractérisés en ce que la source d'impulsions et de chjmps d'énergie est appliquée, soit à la conduite du combustible, soit à la conduite du comburant. 10) Procédé et dispositifs suivant la revendication 9, caracté- risés en ce que les deux sources aboutissent à un système central, actionré par des thermocc. n'ies et des moyens le captation de signal sont placés en aval des sources.