Brevet FR2224033A1 — publié le 19741025

La présente invention concerne des dispositifs à bru- leurs et appareils de gazéification pour gaz à eau et hydrocarbures et se rapporte plus particulièrement à un ensemble constitué d'un dispositif pour filtrer par centrifugation le combustible et le préchauffer, ce dispositif étant relié à un ou plusieurs brûleurs proprement dits. physiquement, le brûleur selon l'invention fonctionne selon le principe que si dans un réservoir isolé de l'air, on place une quantité d'un hydrocarbure quelconque, de préférence un hydrocarbure lourd tel que du fuel et que, si on le chauffe avec une flamme indirecte, au-dessus de sa température d'ébullition, l'hydrocarbure tend à se vaporiser rapidement, mais si en mme temps, on ajoute une certaine quantité d'eau, quantité un peu inférieure au volume de l'hydrocarbure, et si la chaleur est suffisante pour que la vapeur d'eau ne refroidisse pas un tel mélange il en résulte la formation d'un gaz blanc et lourd ayant un haut pouvoir calorifique. Des expériences ont été réalisées qui ont montré que la quantité d'hydrogène que contient l'eau en se combinant avec le carbone restant de le combustion est d'une importance telle qu'on ne peut pas prédire ce que le brûleur selon l'invention peut finalement représenter en pratique, en ce qui concerne ses applications possibles & l'industrie, d'autant plus qu'il y a lieu de considérer que la combustion dudit mélange se réalise totalement sans fumée.. La présente invention est basée sur les considérations techniques suivantes au sujet de la combustion à ciel ouvert provoquée par le brûleur pour son fonctionnement. Si on part du fait que l'on se trouve en face d'une combustion ayant pour origine un combustible liquide, il y a lieu de tenir compte de toute manière que de telles substances ne brûlent pas dans cet état mais qu'en fait entrent. en combustion les vapeurs qui se constitutent, et la chaleur libérée fait qu'il s'évapore davantage de liquide dans la zone de combustion et que la nouvelle vapeur, par oxydation, entre en combustion, le phéno- mène se continuant ainsi successivement. En premier lieu, il y a lieu de supposer que se constituent des atomes d'hydrogène qui réagissent avec les molécules d'oxygène provenant de l'air de combustion, pour former des radicaux OH, lesquels réagissent à leur tour avec une molécule d'hy- drogène atomique, ce qui permet une répétition du processus. De cette manière, un seul atome d'hydrogène peut former un nouvel atome de la mènes espèce associé à la régénération de ce -neatome, ce qui constitue une chaine ou un processus de réaction ramifié. En résumé, on se trouve en face d'une combustion dans laquelle a préalablement lieu un phénomène de rupture du combustible avec en plus des réactions avec des molécules d'eau, et au sein de la flamme un apport d'oxygène provenant de 1'eau décomposée, de l'air de combustion et desdits radicaux OH : la combustion est ainsi riche en hydrogène et en oxygène. Un aspect physique de ce processus de combustion original est que les particules de vapeur d'eau émulsionnées avec le combustible huileux font que celui-ci est atomisé en évitant l'emploi de pastilles particulières et en formant réellement un aérosol constitué par l'émulsion, ce qui facilite la combustion. De ce fait, l'émulsion au moyen de la vapeur d'eau permet une augmentation de la pression partielle de vapeur d'eau par laquelle l'énergie radiante (étroitement liée à cette pression partielle) augmente par rapport à l'anhydride carbonique existant sans atomisation par l'eau. Ceci permet d'améliorer le transfert de chaleur par radiation (augmentation logique dans la relation radiation-convection, qui est ce dont il s'agit). Si on considère l'aspect thermo-chimique, les atomes de carbone du combustible entrent en réaction avec 1'eau avec formation de monoxyde de carbone, diminuant rapidement toute présence possible d'imbrûlés puisque d'autre part, la présence de molécu- les d'eau peut exercer une action diminuant le processus de craquage du combustible, par lequel on évite la production de coke dernière étape du craquage) et ainsi des imbrûlés. Au moment de"1'explosion lente" (flamme), et avec l'élévation de la température, apparaissent des molécules fragmentaires de courte vie (radicaux libres, complexes, activés) qui se combinent rapidement dans les zones moins chaudes. La présence d'eau émulsionnée dans le cas étudié favorise cette action et il importe de tenir compte que les atomes d'hydrogène favorisent l'augmatation de la vitesse de flame. Cette formation de composés gazeux, méthane, éthane, propane butane, etc. fait que la combustion est en partie une combustion de gaz très différente de la combustion habituelle d'un aérosol liquide. Le dispositif qui constitue le filtre centrifugateur et de pré-chauffage est essentiellement constitué par un réservoir vertical à eau qui se rétrécit à sa partie supérieur et renferme, près de son tiers inférieur, une chambre de combustion à brûleur externe constitué par un pulvérisateur et une moto-pompe et qui à l'autre extrémité communique avec une tubulure verticale, de sortie des gaz. Dans cette chambre est disposé coaxialement un autre réservoir pour le combustible, lequel se resserre à sa partie supérieure qui est couverte et, le fond de ce dernier réservoir communique par une tubulure avec un robinet de passage vers le brûleur ou les brûleurs proprement dits. De plus, le réservoir à eau, qui renferme lesdits éléments, comporte une tubulure transparente qui montre le niveau de l'eau, un pyromètre automatique et un robinet A sa partie inférieur pour le purger. Ledit réservoir communique A sa partie inférieure avec un tube qui. à son tour, le fait communiquer avec une moto-pompe par l'intermédiaire de deux robinets, un avant et un autre après la liaison à celle-ci, et à partir du second robinet communique avec l'arrivée du combustible. La moto-pompe à son tour, par l'intermédiaire d'un robinet, envoie l'eau ou le ombustible au fond du réservoir principal par une tubulure à orifices latéraux de sorte que l'eau circule en circuit fermé, et que quand la moto-pompe ne peut plus aspirer d'eau, elle aspire du combustible. Le combustible chauffé à 90 C, par le dispositif décrit, arrive à une moto-pompe qui l'amène sous pression à une chambre comportant des résistances électriques qui chauffent le combustible vers 300 C, le combustible passant de cette chambre à la chambre de combustion à travers une chambre de visite. A cette chambre de combustion arrive également l'eau envoyée sous pression par une pompe et qui passe préalablement par un filtre. Un autre filtre est placé sur le conduit d'amenée du combustible. Un ventilateur amène l'air pour effectuer la combustion complète, l'envoyant N la chambre correspondante par l'intérieur du dispositif. Coaxialement à cette chambre de combustion, est disposé un petit brûleur avec entrée d'air, régulateur de celle-ci pour son entrée dans l'injecteur activant la pulvérisation, une motopompe d'injection du combustible, des électrodes d'allumage et une cellule photo-électrique pour arrter le fonctionnement lorsque celui-ci présente un défaut La flamme de ce petit brûleur passe par la chambre dans laquelle sont placées les tubulures d'amenée du combustible et de 1'eau et qui dans sa partie terminale débouche dans la chambre dans laquelle a lieu la combinaison de 1'eau et du combustible. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est décrite ci-après à 1'aide des dessins annexés. La fig. 1 représente une vue de côté du dispositif de filtre par centrifugation du combustible et de pré-chauffage. La fig. 2 représente également une vue de côté schématique du brûleur relié au dispositif antérieur. Les fig. 3 et 4 correspondent respectivement aux faces avant et arrière dudit brûleur. le dispositif de l-fig. 1 est formé d'un réservoir 16 qui contient de l'eau jusqu'à une hauteur indiquée par la ligne pointillée 18 que l'on peut observer par le regard formé dans la tubulure transparente 17. L'eau est chauffée à 90 C par radiation à partir de la chambre de combustion 5 qui reçoit de la chaleur du brûleur formé de la moto-pompe 14 et du pulvérisateur 13. Ladite chambre de combustion 5 présenteane tubulure 1 pour la sortie des gaz. La température de l'eau est contrôlée par le pyromètre automatique 15 qui présente un coupe circuit électrique agissant sur le brdleur 14. Au moyen de la moto-pompe 10, l'eau circule en circuit fermé entre les tubulures qui passent par le robinet 11 vers la motopompe 10 et pénètrent de nouveau dans le réservoir 16 par la tubulure 6 munie du mbinet 7. Lorsque la moto-pompe est à plein rendement, l'eau est petit à petit étranglée Jusqu'à ce que la moto-pompe ne puisse aspirer l'eau nécessaire, le reste de l'aspiration est réalisé par le combustible qui arrive par la tubulure 8 et est contrôlé par le robinet 9. Alors, avec 1'eau chaude et le combustible, un mélange de particules finement divisées est formé et à l'entrée au sein du réservoir, le combustible à cause de sa différence de densité avec l'eau, monte à la partie supérieure du réservoir en se séparant totalement de 1'eau et en y laissant toutes les petites poches qui accompagnent généralement presque tous les combustibles liquides et qui constituent le principal problème dans la majorité des cas ou l'on emploie un combustible lourd. A la partie supérieure du réservoir 16 se trouve placé un autre réservoir 19 dans lequel on recueille le combustible filtré qui va au brûleur de la fig. 2 par les tubulures 2 et 4 (fig. 1), et le reste du combustible passe par l'orifice de sortie 20à l'entrée de la moto-pompe 39 de ladite fig. 2. Le robinet 12 (fig. 1) a pour objet de purger le réservoir si le niveau de l'eau dépasse la valeur prévue. Le combustible chauffé à 0 C et ne présentant pas de particules ni de poches d'eau va au brûleur représenté à la fig. 2, entre dans la moto-pompe 23 par la tubulure 21, lanuelle l'amène sous pression vers la chambre 24 A l'intérieur de laquelle sont disposées trois résistances électriques qui chauffent le combustibles vers une température d'environ 300 C et il passe finalement à la chambre de combustion 35 i travers la tubulure et la chambre de visite 33. A cette chambre 35 dans laquelle le combustible se présente finalement, arrive également l'eau à travers la chambre et la tubulure 37 et qui est envoyée sous pression par la pompe 3 en étant filtrée par le filtre 40. Le brûleur proprement dit représenté à la fig. 2, et dont il est plus précisément parlé, est muni d'un petit brdleur qui comprend une cellule photo-électrique 27 permettant d'arrter le fonctionnement en cas de mauvais allumage, une moto-pompe 2 pour l'injection du combustible d'allumage, une entrée d'air 25 passant par le régulateur 26 pour pénétrer dans l'injecteur 29 en activant la pulvérisation dans la chambre 31. L'allumage de cette pulvérisation est effectué au moyen d'une étincelle électrique formée entre les électrodes 30 selon un processus physique en accord avec la théorie de base de cette combustion. La flamme du petit brûleur initial passe par la chambre 31 dans laquelle se trouvent les tubulures de combustible et d'eau et qui dans sa partie terminale présente les chambres où a lieu la combinaison de l'eau et du combustible. Une fois que la flamme enveloppe les tubulures et les chambres, on met en fonctionnement les pompes à eau-combustibles et à la sortie a lieu une combustion présentant des caractéristiques nouvelles par rapport h celles de la combustion du combustible seul sans mélange d'eau. Un filtre 41 est placé sur l'arrivée du fuel combustible vers le brûleur 29. L'air nécessaire à la combustion complète est amené par le ventilateur 22 (fig. 2) et est envoyé à la chambre 32 par 'intérieur du dispositif, ce qui représenté en 32 et 44 à ladite figure dans laquelle or voit égalerent que les chambres 33 et 37 présentent des bouchons 34 et 36 pour la visite lors d'engorgement possibles qui rendent difficile le passage de 1'eau ou du combustible vers la chambre 35. Eh fin dudit parcours, l'air sort en 38. A la fig. 3, on a représenté les résistances électriques 43 et le pyromètre 42 destiné & contrôler la température du com bustible et à la maintenir à 300 C. La disposition décrite et dont les caractéristiques techniques ont été exposées ci-dessus présentent les avantages principaux suivants : -démarrage facile sans à-coups -déplacement silencieux pas de vibration-pas de centrage absence totale d'imbru^lés. -Large spectre de puissances calorifiques. Comprend ipuis les combustions domestiques de chauffage jusqu'auxfours de fusion de verre dans lesquels la température au point de flamme arrive aux environs de 1 500-1550 C. -Changenent facile de n'importe quelle pièce et, ainsi, entretien très économique et rapidité du montage. -Prend peu de place. -peut brûler n'importe quel combustible résiduel de basse qualité et en combinaison avec des e ? ux résiduaires provenant de n'importe quelle origine. -production réduite d'oxyde de souffre, d'azote, d'hydro- carbure libre, etc. -économie importante et collaboration à la lutte contre la contamination du milieu ambiant atmosphérique. -conservation accrue des équipements par diminution des corrosions à basse température, -grâce aux caractéristiques indiquées ci-dessus de la combustion qui est obtenue par la disposition décrite, il est possible de prévoir les applications suivantes : du fait de son intense puissance calorifique, le dispositif rësoud les problèmes rencontrés dans l'industrie du verre, du ciment et en général de produits siliceux. Une application particulière consiste en la désalinisation de l'eau de mer : rendre potable 1'eau de mer, utilisation des saumures. Elimination des eaux résiduaires domestiques contribuant ainsi à la propreté du milieu ambiant. Elimination des eaux résiduaires industrielles (papeteries distilleries, industries galvaniques, textiles et toutes industries où le déversement des eaux résiduaires constitue un problème dû à son contenu en produits toxiques ou en produits simplement contaminants.) Usines productrices de vapeur de n'importe quel genre et pour n'importe quelle industrie. Production d'eau chaude utilisable pour le confort domestiques ainsi que pour toutes installations industrielles pouvant tre mises à profit dans ce dernier cas pour éliminer l'eau contaminée par les processus industriels (bains galvanique). Incinération d'ordures de n'importe quel type d'usine, comme les abattoirs, les cliniques et les hôpitaux, les usines municipales pour le traitement des ordures ménagères etc. Industrie de l'automobile. Fours industriels de laminage, secs etc. utilisant ces qualités exceptionnelles pour diminuer ou éliminer les problèmes de croûte par oxydation superficielle des pièces à traiter. Industrie chimique, utilisant les aspects de production de chaleur et de décontamination de résidus conjointement ou séparément. Dans toutes les occasions où il est nécessaire de produire de la chaleur ou de procéder à l'élimination des ordures, des eaux chargées de résidus dissous ou en suspension, etc. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail car diverses modifications peuvent y tre apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1-Dispositif de brûleurs et appareils de gazéification pour gaz à eau et hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble pour filtrer le combustible en le centrifugant et pour le pré-chauffer ainsi qu'un ou plusieurs brûleurs proprement dits reliés audit ensemble, on chauffe dans ceux-ci le combustible vers 90 C pour qu'il passe vers chaque brûleur sans particules ni poches d'eau et on le chauffe dans ledit brûleur vers 30C C. 2-Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ense ble de filtrât-on et de pré-chauffage est constitué par un réservoir vertical d'eau qui renferme dans son tiers infé- rieur une chambre de combustion, à brûleur externe, prévu pour pulvériser et une moto-pompe qui à l'autre extrémité communique avec une tubulure verticale, de sortie des gaz, un autre réservoir étant disposé coaxialement dans cette chambre pour le combustible filtré, ledit réservoir se rétrécissant vers le haut qui est ouvert et couvert par le réservoir d'eau qui présente une sortie coaxiale. 3-Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réservoir d% au comporte latéralement une tubulure transparente de lecture du niveau, un pyromètre automatique et un robinet de purge à la partie inférieure, le fond du réservoir communiquant arec une tubulure qui à son tour le fait comrniquer avec une moto-pompe, des robinets de passage étant disposés de chaque côté de la liaison, le premier robinet étant en communication avec le fond et le second avec l'arrivée du combustible, afin que la moto-pompe par l'intermédiaire d'un autre robinet envoie 1'eau le combustible près du fond du réservoir principal par une tubulure à orifices latéraux, de sorte que 1'eau circule en circuit fermé et que lorsque la motopompe ne peut aspirer de l'eau, elle aspire du combustible. 4-Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le combustible chaud provenant du fond du réservoir où il est filtré passe par une moto-pompe du brûleur qui l'envoie sous pression vers une chambre qui présente des résistances électriques qui le chauffent vers 300 C, ce combustible passant de cette chambre à la chambre de combustion à tra vers une chambre de visite tandis qu'arrive également à cette chambre l'eau envoyée sous pression par une pompe qui passe pré alablement par un filtre, de mme que le combustible le fait par un autre filtre place à cet effet, l'air permettant la combustion complète est fourni par r un ventilateur qui, à travers la structure du brûleur, arrive à 1'extérieur par une sortie pratiquée en bas de la chambre ue combustion. 5-Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce axe coaxialeaent à la chambre de combustion est disposé un petit brûleur comportant une entrée d'air, régu- lateur de son passage vers l'injecteur, pour activer la pulvérisation, une moto-pompe d'injection du combustible, des élec- trodes d'allumage et une cellule photo-électrique pour annuler le fonctionnement lorsque ce dernier est défectueux. 6-Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la flamme dudit brûleur passe par une chambre antérieure à la chambre de combustion et dans laquelle se trouvent les tubulures ue combustible et d'eau et qui débou- chent dans ladite chambre de combustion dans laquelle a lieu la combinaison d'eau et de combustible et une fois que la flamme enveloppe lesdites tubulures et les chambres on met en fonctionnement les pompes à eau et à combustible et à la sortie a lieu une combustion dont les caractéristiques sont particulièresà cette combinaison.