Brevet FR2316538A1 — publié le 19770128

La présente invention corcerne-les dispositifs pour le brûlage des combustibles gazeux et a notamment pour objet un brûleur à gaz pour la combustion d'un gaz dans un appareil thermique. A titre d'exemple d'application du brûleur faisant l'objet de l'invention, on peut citer son utilisation dans la métallurgie, pour la fusion de métaux au cubilot à gaz. Un autre champ d'application possible du brûleur à gaz faisant l'objet de l'invention est l'industrie verrière, pour la fusion des matériaux à haute réfractairité. La création des brûleurs soulève des problèmes liés au préchauffage du gaz par admission dtair chaud au mélangeur du brûleur, ainsi qu'à la combustion du mélange gaz-air à la sortie de la buse du brûleur avec production d'une flamme à haute température. Le caractère spécifique du processus de fusion des métaux au cubilot à gaz impose des prescriptions supplémentaires en ce qui concerne les brûleurs, vu la nécessité de créer un milieu oxydant dans la chambre de combustion des appareils thermiques, et dtélever la température des produits de combustion afin d'augmenter le rendement du brûleur à gaz entre l'appareil thermique tout entier. L'efficacité de la combustion du gaz dans les brûleurs à gaz est tributaire dans une mesure notable de la température à laquelle le gaz se mélange à l'air dans le mélangeur, ainsi que de la conception du distributeur. De ce fait, danqla métallurgie, pour fondre les métaux on utilise des brûleurs à gaz à pré-mélange complet du gaz et de l'air, quelquefois avec préchauffage de ceux-ci. On connaît des brûleurs à gaz pour les fours réverbères à cuve et les cubilots à gaz, constitués par un corps cylindrique à l'intérieur duquel se trouve une chambre de mélange et sur lequel sont rigidement fixées en quinconce des tubulures de gaz avec des orifices pour l'entrée des gaz dans le malangeur, auquel l'air est amené latéralement. La partie cylindrique du corps du mélangeur se termine par une partie convergente qui constitue la buse du brûleur. Le combustiblealé par ce brûleur est le gaz naturel. On connart aussi des brûleurs à gaz à pré-mélange complet du gaz avec l'air. Les brûleurs à gaz de ce type présentent des inconvénients par exemple la faible concentration de l'énergie thermique dans la chambre de combustion, par suite de la formation d'une flamme allongée due à la dissociation prolongée des produits de combustion dans la flamme du brûleur. Ces inconvénients des brûleurs à gaz conduisent à la formation d'un milieu oxydant dans la chambre de combustion de l'appareil thermique, d'où un abaissement de la température du métal fond. A ces circonstances est due l'apparition de diverses solutions constructives connues, visant à augmenter la concentration de l'énergie thermique, à diminuer la durée de dissociation des produits de combustion dans la flamme du brûleur à gaz. Ainsi, par exemple pour élever la température du métal en fusion, on modifie la forme de la buse, on injecte du gaz pur dans la flamme du brûleur. On connart un brûleur à gaz se composant d'un mélangeur ayant un corps cylindrique dans lequel est disposé un distributeur de gaz réalisé sous la forme d'une tubulure cylindrique avec des orifices latéraux pour l'entrée du gaz dans le mélangeur, auquel une conduite amène l'air. 3ans la partie frontale du distributeur est percé un trou calibré, raccordé à un orifice central de la buse afin d'injecter du gaz naturel directement dans la flamme du brûleur. L'enceinte du mélangeur est mise en communication avec la chambre de la buse à l'aide de douilles de réduction. Le brûleur se fixe à la carcasse du cubilot à l'aide de boulons. De tels brûleurs à gaz permettent d'obtenir des flammes brilSutes, mais n'ont qu'une puissance faible, aussi ne peuventils entre utilisés que dans les appareils de fusion à faible rendement. L'emploi de tels brûleurs dans les cubilots à grand rendement implique le montage de plusieurs brûleurs, ce qui complique leur réglage et rend irrégulière la distribution du gaz et de l'air entre les brûleurs, en altérant ainsi leurs performances thermiques. C'est l'obtention d'une puissance plus grande sans altération des performances thermiques qu'à visée une nouvelle conception de brûleur à gaz, dans laquelle sont combinées les particularités des brûleurs connus examinés plus haut. Ce brûleur comporte un mélangeur dans lequel est disposé un distributeur de gaz réalisé sous la forme d'un collecteur en T avec des orifices pour l'entrée du gaz dans le mélangeur. Dans la paroi latérale du collecteur en T, du c8té de la buse, sont percés des trous calibrés qui sont raccordés par des tubes aux orifices centraux de la tuyère du brûleur à gaz et sont destinésl'injection de gaz naturel dans la flamme principale du brûleur. Le mélangeur, en aval du distributeur de gaz, est réalisé convergent, et il est mis en communication avec le canal de la buse, sa forme répétant en cet endroit celle de la buse qui est courbe. Ia buse du brûleur à gaz est réalisée sous la forme d'une carcasse dont le canal ondulé résulte de la juxtaposition d'anneaux non fermés, au centre desquels sont placés les tubes inJectant le gaz naturel dans la flamme du brûleur afin d'augmenter la radiance des produits de combustion. Ces brûleurs permettent d'obtenir une flamme brillante et d'augmenter la transmission de chaleur au métal en fusion. Cependant, dans de tels brûleurs, le distributeur est de conception imparfaite : il est situé seulement dans le plan horizontal, ce qui conduit à l'irrégularité du mélange du gaz avec l'air dans le mélangeur, à la formation d'oxygène libre dans la chambre de combustion ; l'atmoFphère du four est donc oxydante et a un effet nuisible sur le métal. En outre, ces brûleurs ont une puissance faible. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués; On s'est donc proposé de créer un brûleur à gaz de grande puissance pour la fusion des métaux, qui préchaufferait le gaz et brûlerait le mélange gaz-air dans une flamme courte non oxydante, gr & e à la modification de la conception du mélangeur. La solution consiste en ce que, dans un brûleur à gaz comportant un mélangeur auquel l'air est admis à travers une tubulure, et le gaz, à travers un distributeur disposé coaxialement au mélangeur à la sortie duquel est montée une buse recevant le mélange gaz-air, d'aprés l'invention le distributeur est constitué par deux collecteurs annulaires montés dans des plans parallèles, coaxialement au mélangeur, et reliés entre eux par des tubes, le collecteur situé du côté de la buse ayant des tubulures convergeant radialement avec des orifices pour la sortie du gaz. Le brûleur à gaz faisant l'objet de l'invention, ayant un distributeur ainsi conçu, permet de préchauffer le gaz jusqu'à une température proche de 400-5000C, gracie à la chaleur de l'air chaud. Dans le mélangeur, le mélange gaz-air est énergiquement brassé dans tout le volume. Tout cela se traduit en définitive par la production d'une flamme à haute température et d'une atmosphère réductrice dans l'appareil de fusion. En outre, le brûleur à gaz, grâce à son rendement amélioré, peut être utilisé sur les appareils à grand rendement. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description suivante d'exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés, dans lequels : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un brûleur à gaz conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en bout du brûleur de la figure 1 ; Le brûleur à gaz est un ensemble soudé, constitué par un mélangeur cylindrique 1 (figure 1), dans lequel est placé un distributeur 2. Le distributeur 2 est constitué par deux collecteurs annulaires 3 et 4, disposés dans des plans parallèles, coaxialement au mélangeur i, et reliés entre eux par des tubes 5. A la sortie du mélangeur 1 est montée une buse 6, et le collecteur annulaire 4, situé auprès de la buse 6, est doté de tubes 7 (figure 2) convergeant radialement, avec des orifices 8 (figure 1) pour la sortie du gaz. Ia buse 6 a des canaux 9 du type fente (figures 1, 3) et un orifice central 10 (figure i). Elle est refroiie par eau. La chambre d'eau il assurant son refroidissement est formée par la paroi avant 12 et la paroi arrière 13 de la buse. L'eau est amenée à la chambre d'eau 11 par une tubulure 14 et en est évacuée par une tubulure 15. A l'autre bout, le mélangeur 1 est fermé par un couvercle 16, qui lui est fixé par des boulons 17. Coaxialement au mélangeur 1 est monté un tube central 18 qui passe à travers le couvercle 16, les collecteurs 4 et 5, et se raccorde à l'orifice central 10 de ia buse 6. A l'intériesw du tube 18 est placé un allumeur 19 pour la rise à feu du mélange gaz-air, constitué par une chambre de mélange 20, à laquelle le tube 21 amène le gaz, et le tube 22, l'air, et par un tube 23 se terminant par une buse 24. Quand le brûleur à gaz est en action, le gaz arrive de la conduite d'alimentation par la tubulure 25 et entre dans le collecteur annulaire 3, tandis que l'air préchauffé est amené au mélangeur 1 par la tubulure 26. Pour l'observation visuelle de la marche du brûleur, il est prévu un regard 27 dans le couvercle 16. Le brûleur se fixe à la carcasse 28 de l'appareil thermique à l'aide de boulons. Le brûleur à gaz est de conception simple, d'utilisation commode. il peut être utilisé sur les appareils thermiques de n'importe quel rendement. Le brûleur à gaz fonctionne de la manière suivante. Avant la mise à feu du brûleur à gaz, on sort du tube central 18 l'allumeur 19, dans la chambre de mélange 20 duquel on admet de l'air par le tube 22, et le gaz, par le tube 21. Le tube 23 amène le mélange gaz-air à la buse 24, où on l'allume avec un feu nu. Une fois enflammé, l'allumeur 19 est introduit dans le tube central 18, de telle façon que sa flamme soit auprès des canaux 9 de la buse 6. Ensuite, à travers la tubulure 26 on admet au mélangeur 1 du brûleur de l'air préchauffé jusqu'à 550-60OUCs puis, à travers les tubulures de gaz 252 on admet à partir de ia conduite d'alimentation le gaz naturel, lequel est préchauffé pendant son passage à travers le collecteur 3, grave à la surface augmentée du distributeur, les tubes ), le collecteur t et les tubes 7 converge nt radialetient, qui sont léchés par l'air chaud.En sortant des orifices 8 des tubes 7 convergeant radialement, le gaz préchauffé jusqu'à une température de 400 à 500OC se répartit uniformément dans le volume du mélangeur 1, se mélange énergiquement avec l'air chaud; ensuite le mélange gaz-air formé brûle à la sortie des canaux étroits 9 de la buse 6 en formant une flamme courte à haute température. Après mise à feu du brûleur, on coupe l'admission de l'air à l'allumeur 19, le gaz naturel est alors injecté dans la flamme principale du brûleur à gaz et accroît la radiance des produits de combustion. De la sorte, le brûleur à gaz proposéassure, grâce à la modification de la conception du distributeur, le pré chauffage du gaz jusqu'à 400-5000C un bon mélange du gaz avec l'air dans le volume du mélangeur, ce qui contribue à la production d'une flamme courte à haute température et d'une ainosphère réductrice dans le four, d'où une augmentation du rendement du brûleur. La torche courte à haute température est obtenue gracie au préchauffage du gaz et de l'air, et de ce fait la combustion du mélange gaz-air se produit plus intensivement et dans un petit volume-. 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. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVENDICATION Brûleur à gaz comportant un mélangeur dans lequel l'air est admis à travers une tubulure, et le gaz, à travers un distributeur disposé coaxialement au mélangeur à la sortie duquel est montée une buse recevant le mélange gaz-air, caractérisé en ce que le distributeur est constitué par deux collecteurs annulaires montés dans des plans parallèles, coaxialement au mélangeur, et reliés entre eux par des tubes, le collecteur annulaire situé du côté de la buse ayant des tubulures convergeant radialement, avec des orifices pourra sortie du gaz.