Brevet FR2233565A1 — publié le 19750110

La présente invention est relative à un procédé de surveillance d'un brûleur à mazout su à gaz ainsi qu'un brûleur pour la mise en oeuvre du procédé. Cette surveillance est nécessaire pour des raisons de sécurité, pour éviter les explosions ou détonations et pour faire en sorte que le brûleur assure effectivement ses fonctions. On attend des dispositifs de surveillance de flamme et de surveillance d'allumage qu'ils signalent si les quantités de combustible amenées au brûleur ou qui sont projetées par ce brûleur brûlent effectivement ou ne brûlent pas. Dans certains domaines d'utilisation, les installations de brûleurs pilotes déjà connues ne présentent pas une sécurité de fonctiozinement aussi bonne qu'on le désirerait. Il est connu de mesurer la température de la flamme au moyen d'un thermoélément et d'utiliser cette température en qualité de signal indicateur de flamme. Ces dispositifs de sécurité d'allumage thermo-électriques réagissent avec une certaine inertie, c'est-àdire qu'il s'écoule un temps relativement long, par exemple entre l'extinction de la flamme et la signalisation de cette extinction par le thermo-élément. Par ailleurs, les thermo-éléments ne supportent pas les surchauffes, de sorte que ces instruments ne peuvent être utilisés que pour des températures relativement basses ou pour des flammes pilotes séparées. Par ailleurs, dans le cas des dispositifs de sécurité d'allumage dits à flamme conductrice, il est connu d'utiliser pour la signalisation de la flamme, le fait qu'un phénomène d'ionisation rend les gaz de fumée conducteurs dans la flamme. Dans ce cas également, l'électrode doit plonger dans la flamme, de sorte. que les températures de flamme ne doivent pas être trop élevées. Finalement, il est connu de mesurer le rayonnement de la flamme au moyen de cellules photo-électriques ou de cellules à W (W = ultraviolets) et d'utiliser le résultat de la mesure pour la surveillance.Dans certains domaines d'utilisation, le montage de ces cellules pose certains problèmes, d'une part parce que les-couches de gaz de fumée qui s'interposent entre la flamme et la cellule et qui contiennent du C02 ou de la vapeur d'eau, absorbent le rayonnement de la flamme, d'autre part, parce que le moindre encrassement de la cellule ou de la vitre de protection en verre de silice éventuellement placée devant cette cellule par. les gaz de flamme, notamment par la condensation de la vapeur d'eau, suffit pour empêcher le rayonnement de la flamme d'atteindre la cellule, finalement parce que les cellules ne doivent être exposées qu'à des surchauffes très modérées ; cette dernière particularité implique que la cellule soit placée à une certaine distance du brûleur, ce qui contribue à accentuer le risque de défaut de fonctionnement par interposition de couches gazeuses absorbantes et de formation de condensation d'eau. Ces difficultés se présentent, en particulier, daus le cas des brûleurs à grande vitesse ou à circulation qui sont asservis à une régulation à deux points, ceci tient au fait que les conditions de fonctionnement doivent continuellement basculer de l'une à l'autre de deux conditions extrêmes qui sont "marche au maximum" et "arr8tn. Â cela s'ajoute la circonstance aggravante que les périodes de marche et d'arrêt varient dans de larges limites. En effet, ce type d'asservissement provoque dans certaines conditions la formation de couches gazeuses absorbantes ou d'eau condensée. Les brûleurs à circulation comprennent une chambre de combustion fixée rigidement au brûleur et dans laquelle la combustion se produit en totalité ou en majeure partie. lia chambre de combustion se rétrécit en direction de l'orifice de sortie de sorte que, dans la marche à pleine charge, les gaz de fumée sortent de la chambre de combustion avec une vitesse de plus de 50 m/s. Suivant l'invention pour éviter les inconvénients cités ci-dessus dans la surveillance des brûleurs à circulation asservis à un dispositif de régulation à deux points, on mesure la pression intérieure de la chambre de combustion et on utilise cette pression mesurée comme signal indicatif de la marche de la combustion en ce sens que : au-dessus d'une valeur déterminée et fonction des conditions, cette mesure engendre un signal signifiant t'brûleur en combustion", tandis qu'au-dessous de cette valeur elle engendre un signal signifiant "brûleur éteint" et que l'enceinte dans laquelle les gaz de fumée sont éjectés présente une ouverture non obturable qui maintient la pression maximale pouvant régner dans cette enceinte , c' est-à-dire dans la chambre du four,- à une valeur faible comparativement à la pression de la chambre de combustion. Ce procédé de surveillance sera décrit dans la suite du présent mémoire à propos d'un exemple de mise en oeuvre et en se référant au dessin annexé qui est une vue en coupe transversale d'un brûleur à circulation. Sur ce dessin, on a représenté en 1 la chambre de combustion, en 2 l'orifice de sortie des gaz de fumée, qui se rétrécit dans le sens de l'écoulement, en 3 la buse de gaz et d'air, en - l'entrée de gaz, en 5 l'entrée d'air, en 6 l'interrupteur manométrique et en 7 le raccordement reliant l'interrupteur manométrique-à la chambre de combustion. La conduite d'alimentation en gaz est désignée par la référence 8, la conduite d'alimentation en air par la référence 9 et les vannes de ré gage ou autres appareils équivalents sont désignés par les références 10 et 11. L'invention met à profit le fait que le volume de gaz de fumée qui résulte de la combustion produite dans la chambre de combustion 1 est considérablement supérieur au volume de combustible et d'air. Il en résulte que la combustion détermine une élévation de la pression intérieure de la chambre de combustion. En pratique, dans cette chambre, les gaz de fumée atteignent une température d'environ 14000C. Cette température correspond à une multiplication du volume par un facteur de près de 6 et à une réduction correspondante de la densité. L'orifice de sortie-2 est d'une section telle que les gaz de fumée sortent par cet orifice avec une vitesse d'environ 100à 150 m/s. Toutes ces conditions engendrent dans la chambre de combustion une surpression d'environ 100 mm de hauteur d'eau (10 mbar). Dans les conditions habituelles d'introduction de l'air et du combustible (gaz), si le brûleur s'éteint, la pression intérieure de la chambre de combustion tombe à environ un quart de la valeur précédente Dans de telles conditions, on règle donc le point de travail de l'interrupteur manométrique 6 sur une valeur appropriée comprise entre les deux valeurs de la pression intérieure de la chambre de combustion que l'on observe, l'une en présence de combustion, l'autre en l'absence de combustion, par exemple sur une valeur de 70 mm de hauteur d'eau (7 mbar) dans le cas considéré. Le procédé de surveillance du brûleur suivant l'invention présente les avantages suivants : il travaille pratiquement sans retard et l'interrupteur manométrique constitue un organe de mesure d'une fiabilité absolue En outre, cet interrupteur peut être monté pratiquement en n'importe quel point à proximité de la chambre de combustion. Le fonctionnement de cet interrupteur n'est pratiquement pas gêné par les particules de poussière ou de suie qui résultent de la combustion, pas plus que par la présence de couches de gaz qui absorberaient les rayonnements et par la présence éventuelle d'eau condensée. Le dispositif suivant l'invention remplit donc les conditions exigées de simplicité et, surtout, de sécurité de fonctionnement. L'ouverture non obturable de l'enceinte dans lequel les gaz de fumée sont éjectés peut être constituée par le destructeur de tirage qui est fréquemment prévu pour le réglage de la pression du four dans le cas de la régulation à deux points des- braleurs. Cette ouverture peut également être constituée par une cheminée équipée d.'un volet de réglage intercalé dans le flux de gaz de fumée.et muni d'une butée appropriée. En outre, dans la plupart des fours, les pertes par fuites-sont telles que, même en l'absence d'orifices spécialement prévus, il nè peut pas s'y établir une pression qui ne soit pas faible comparativement à la pression de la chambre de combustion du brûleur. S'il n'est pas souhaitable de raccorder l'interrupteur manométrique à la chambre de combustion-1, le dispositif de surveillance de la pression peut être raccordé à l'entrée de gaz 4 ou à l'entrée d'air 2. En effet, les variations de la pression à l'intérieur de la chambre de combustion se répercutent également de façon correspondante sur les pressions régnant dans les raccordements. Cet effet est d'autant plus net que la pression régnant dans les conduites d'alimentation 8 et 9 est supérieure dans une plus forte mesure à la pression intérieure de la chambre de combustion. Suivant une autre caractéristique de l'invention en dehors de la -surveillance du brûleur par mesure de la pression intérieure de la chambre de combustion, qui constitue la caractéristique principale de l'invention, on mesure la pression régnant dans la'conduite d'alimentation en gaz ou en air en amont de la buse cet on utilise le passage de cette pression à une valeur supérieure à la pression normale de fonctionnement comme signal indiquant brûleur éteints. Ceci évite que la surveillance du brûleur ne soit compromise par des manoeuvres exécutées sur les vannes et conduites.Si, par exemple, la pression intérieure des conduites d'alimentation 8 et 9 est multipliée par quatre, ou si la perte de charge introduite dans l'alimentation par les vannes, etc.. en amont des points de raccordement est ramenée à 1/4, la pression intérieure de la chambre de combustion pourrait atteindre, même en l'absence de combustion, une valeur qui, dans des conditions inchangées, serait interprétée comme un signal indiquant "brûleur en combustion". Toutefois, la pression existant aux points de raccordement 4 et 5 serait alors également dans ce cas d'environ quatre fois supérieure à celle qu'on obtiendrait dans le cas du fonctionnement d'une installation non modifiée, de sorte que l'interrupteur manométrique supplémentaire monté en ce point supprime le risque de danger en donnant un signal indiquant "brûleur éteint" Pour le cas où il nécessaire de tenir compte du fait que l'orifice de sortie du brûleur peut être plus ou moins fortement obturé, et suivant une autre caractéristique de l'invention, on utilise comme signal indicatif "brûleur éteint", non seulement le passage de la pression de la chambre de combustion à une valeur inférieure au point de travail normal mais également le passage de cette pression à une valeur supérieure au point de travail normal. Dans ce sens, 11 invention à également pour objet un brûleur dont l'orifice débouchant dans le four possède une section non plane dans une direction transversale à l'axe du brûleur.On peut facilement donner au brûleur ou à son tube prolongateur une ouverture non plane en faisant en sorte que, lors de la fermeture de l'orifice de sortie du brûleur par un objet plan, il subsiste une partie de section libre de surface au moins aussi grande que celle de l'orifice du brûleur. Ceci rend l'éventuelle fermeture de l'orifice du brûleur sans action sur le fonctionnement du dispositif de surveillance. Par ailleurs, suivant une autre caractéristique de l'invention, l'installation est agencée de manière que les pressions régnant dans les conduites d'alimentation communes aux différents brûleurs qui introduisent l'air et le combustible ne varient que d'environ 20 % entre l'état de fonctionnement tous brûleurs éteints" et l!état de fonctionnement "tous A leurs en marche. A cet effet, et suivant une autre caractéristique de l'invention, les organes de réglage, vannes, régulateurs de pression, etc.. montés dans les conduites d'alimentation sont non réglables ou bien ne peuvent être réglés que dans une mesure telle que le réglage ne fasse pas varier les débits d'air ou de combustible de plus de 20 % entre les différents cas de fonctionnement. Ceci garantit que la surveillance des brûleurs ne risquera pas d'erre compromise par des modifications de l'état des accessoires.Finalement, suivant une autre caractéristique de l'invention, on mesure la différence de pression entre deux points de la conduite d'alimentation en air ou en gaz et on utilise cette différence de pression comme signal indicatif de la combustion en ce sens qu'une différence de pression supérieure à une valeur déterminée, engendre un signal signifiant "brûleur éteint", tandis qu'une différence de pression inférieure de cette valeur déterminée engendre un signal signifiant brûleur en marche1,. Etant donné que, en l'absence de combustion dans la chambre de combustion, et à égalité de pression totale entre les conduites d'alimentation 8 et 9 et la chambre du four, toutes les différences de pression croissent dans la proportion de leur contribution à la pression totale, on peut également utiliser la variation de cette différence de pression pour la surveillance du brûleur, REVENDI CÂTIONS 1. Procédé de surveillance d'un brûleur à mazout ou à gaz, dans lequel le brûleur est équipé d'une chambre de combustion rigidement solidaire du corps du brûleur et dans laquelle la combustion se produit, soit en totalité, soit en majeure partie, cette chambre de combustion se rétrécissant en direction de l'orifice de sortie des gaz de fumée, de sorte que ces gaz de fumée sortent de la chambre de combustion avec une vitesse supérieure à 50 m/s, et le brûleur étant asservi à une régulation à deux points travaillant par marche-arrêt, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on mesure la pression intérieure de la chambre de combustion et qu'on utilise cette mesure comme signal indicatif de la marche de la combustion, en ce sens qu'au dessus d'une valeur déterminée et fonction des conditions, cette mesure engendre un signal signifiant "brûleur en combustion", tandis qu'au-dessous de cette valeur déterminée elle engendre un signal signifiant "brûleur éteint, et par le fait que l'enceinte dans laquelle les gaz de fumée sont éjectés présente une ouverture non obturable qui maintient la pression maximale pouvant régner dans cette enceinte à une valeur faible comparativement à la pression intérieure de la chambre de combustion. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la pression intérieure de la chambre de combustion est mesurée par mesure de la pression intérieure de la conduite d'alimentation en gaz ou en air en amont de la buse du brûleur, considéré dans le sens de l'écoulement, pression qui est elle-même proportionnelle à la pression intérieure de la chambre de combustion. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on mesure la pression intérieure de la conduite d'alimentation en gaz ou en air en amont de la buse et que, lorsqu'elle est inférieure à la valeur de fonctionnement normal, cette pression engendre un signal signifiant brûleur éteint". 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une pression intérieure de la chambre supérieure à la pression de fonctionnement normal engendre un signal "brûleur éteint". 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'installation est agencée de manière que les pressions régnant dans les conduites d'alimentation en air ou en combustible varient de moins de 20 % entre le cas de fonctionnement :tous brûleurs éteints" et le cas de fonctionnement "tous brûleurs en marche". 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les organes de réglage, vannes, régulateurs de pression, intercalés dans les conduites d'alimentation en air ou en combustible, sont non réglables ou ne peuvent etre réglés que dans des limites telles que les débits d'air et de combustible ne varient pas de plus de 20 % entre les divers cas de fonctionnement. 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on mesure la différence de.pression entre deux points de la conduite d'alimentation en air ou en gaz combustible et qu'on utilise cette différence comme sigaal indicatif de la combustion, en ce sens qu'une différence de pression supérieure à une valeur déterminée engendre un signal "brûleur éteint", tandis qu'une différence de pression inférieure à cette valeur déterminée engendre un signal "brûleur en marche". 8. Brûleur pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait.que l'orifice de sortie du brûleur ou de son prolongateur dirigé vers l'enceinte à chauffer possède une section non plane dans la direction perpendiculaire à l'axe du brûleur.