Brevet FR2326665A1 — publié le 19770429

La présente invention se rapporte à un brûleur à gaz à grande vitesse de sortie des gaz permettant d'obtenir une température élevée des gaz brûlés. Lorsqu'un envisage d'utiliser le gaz comme substitut partiel du coke dans les cubilots de fonderie, on rechercha un brûleur adapté au critère défini pour cet usage. D'une façon générale on retint comme critère de fonctionnement, une combustion intensive de manière à éjecter dans la cuve de l'appareil, avec une vitesse suffisante, les produits d'une combustion terminée, à température maximale. le présent demandeur a ainsi mis au point un brûleur à ouvreau qui a fait l'objet du dépit de brevet en FRANGE IYO 71 17828 en date du 17 Mai 1971. Ce brûleur à ouvreau dit à contre-rotation air-gaz necessite une pression d'alimentation en gaz de l'ordre de 2 bars. Ce matériel a largement fait ses preuves en marche industrielle, mais tous les utilisateurs potentiels ne disposant pas du gaz à la pression nécessaire, on a cherché à développer, à partir du même principe de base, un autre brûleur fonctionnant avec du gaz à basse pression, c'est à dire par exemple de l'ordre de quelques dizaines de millibars. Un tel brûleur dit à contre-rotation d'air a fait l'objet d'un dépôt de brevet en France au nom du demandeur N0 73 38298 en date du 26 Octobre 1973. Il comprend une arrivée radiale de gaz en amont, et deux groupes de quatre arrivées tangentielle d'air, proches ltun de l'autre, et placés en contre-rotation. Il comporte un ouvreau réfractaire, identique à celui du brûleur à contre-rotation air-gaz où vient s'effectuer et se stabiliser la combustion après la chambre de mélange. Le développement du remplacement du coke pas le gaz sur les fours à cuve, fait que l'on rencontre des appareils équipés de water-jaket (ou chemisage d'eau) ne possédant aucun revêtement réfractaire.Cette disposition-interdit l'emploi de brûleurs à ouvreau. La présente invention a pour objet un nouveau brûleur pouvant équiper en particulier de tels appareils, alliant les avantages des brûleurs précédemment mentionnés à d ' autres avantages propres. le breur à gaz à grande vitesse de sortie des gaz permet tant d'obtenir une température élevés des gaz brûlés conforme à l'invention est du type comprenant un tube foyer central formant chambre de mélange et de combustion dans lequel est admis le gaz combustible et le gaz comburant habituellement de l'air préchauf- fé par passage au contact de la paroi extérieure dudit tube foyer dans un espace annulaire formant boite à air ménagé entre ladite paroi extérieure dudit tube foyer et un tube extérieur qui l'entoure, et il se caractérise en ce que le gaz combustible est amené sous faible pression par exemple de l'ordre de quelques dizaines de millibars à l'arrière dudit tube foyer, et le gaz comburant est distribué sous pression essentiellement en deux courants principaux amenés en contre-rotation dans ledit tube, l'un sensiblement au ni veau de 1extrémité arrière dudit tube, l'autre dans la partie avant dudit tube, sensiblement au-delà du plan transversal médian dudit tube.En outre, Si l'on veut obtenir une vitesse plus grande de sortie des gaz brûlées, le tube foyer se termine à son extrémité de sortie, comme connu en soi, par une pièce assurant le rétrécisse- ment de la section de sortie des gaz pour augmenter la vitesse de sortie Un tel brûleur comporte des similitudes d'aspect par rapport au brûleur à contre-rotation d'air décrit au brevet mentionné 73 38 298 , en ceci que - l'arrivée du gaz se fait à faible vitesse dans la partie arrière de la chambre du brûleur, - on a également deux courants principaux d'arrivée tangentielle d'air disposés en contre-rotation. Le brûleur de l'invention diffère cependant essentiellement du brûleur précité pour ce qui est - de l'arrivée du comburant qui s'effectue en rctation dans la boîte d'air, - de l'écartement très important des-deux plans de contre rotation des courants principaux d'arrivée d'air, - de l'absence d'ouvreau réfractaire, - du role du tube foyer qui dans le brûleur de la prés ente invention constitue à la fois la chambre de mélange et la chambre de combustion du brûleur, alors que dans le brûleur de l'art antérieur la chambre de combustion était reportée plus loin dans 1' ouvreau, - de la présence en sortie d'un rétreint lorsqu'on veut que toute la combustion s'effectue dans le tube foyer et lorsqu'on veut obtenir une grande vitesse de sortie des produits de la combustion. Ttinvention apparaîtra plus clairement à l'aide de la descrip- tion qui va suivre faite en référence à la figure unique annexée montrant à titre d'exemple en coupe longitudinale un brûleur construit selon la présente invention. En faisant référence au dessin, le brûleur à gaz 1 à grande vitesse de sortie des gaz permettant d'obtenir une température élevée des gaz brûlés est du type comprenant un tube foyer central 2 formant chambre de mélange et de combustion dans lequel est admis le gaz combustible radialement à l'arrière du brûleur par les orifices 3 formés dans la paroi du tube 2, et le gaz comburant, habituellement de l'air distribué en deux courants principaux amenés en contre-rotation dans le tube 2 respectivement par des arrivées 4 et 5 plus ou moins tangentielles à la paroi du tube et disposés sensiblement perpendiculairement à l'axe x'x du brûleur. le gaz sous faible pression est amené par une arrivée 6 qui le distribue à partir d'une chambre annulaire à gaz 7 vers les orifices 3. le gaz comburant , habituellement de l'air sous pression est amené par une ou plusieurs arrivées d'air 8 qui débouchent, de préférence sensiblement perpendiculairement à l'axe x'x par des orifices 9 dans l'espace intermédiaire 10 compris entre la paroi extérieure 2a du tube foyer 2 et la paroi interne Ila d1un tube extérieur 11. Ces arrivées d'air8sefont sensiblement tangentiellement aux parois 2a, lia des tubes 2 et 11 de sorte que l'air est mis en rotation dans l'espace annulaire I0.l'espace annulaire 10 forme boite à air pour la distribution et l'alimentation des arrivées tangentielles 4, 5 d'air de combustion dans le tube foyer. On choisit le sens de rotation de 1' arrivée 8 de l'air comburant selon les caractéristiques de fonctionnement désirées; ainsi selon que ce sens de rotation est le même que celui des arrivées arrière 4 ou avant 5 on déplace les limites de la plage de fonctionnement stable du brûleur en fonction du facteur d'air. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, on constate que le plan transversal 12 des arrivées d'air 4 est voisin de la paroi arrière 13 du tube foyer 2, tandis que le plan transversal 14 des arrivées d'air 5 est situé notablement au-delà; c'est-à-dire en avant du plan médian 15 du tube foyer. Four des facilités de description on a repéré sur le dessin par les lettres A R et par les lettres A V respectivement l'arrière et l'avant du brûleur. Dans l'exemple illustré au dessin le brûleur comprend une paroi avant 16 qui ferme de ce coté la chambre à air 10 et forme également un rétreint du fait de la section 17 d'ouverture prévue dans la plaque 16 et inférieure au diamètre du foyer 2. Cette disposition en soi connue permet d'accélérer la sortie des gaz de combustion et d'augmenter la température de flamme en confinant la combustion à l'intérieur du tube foyer 2. Selon une disposition intéressante, le tube foyer 2 à son extrémité avant 2 b vient porter à coulissement contre une bague 18 solidaire de la paroi 16, ce qui permet d'absorber les dilatations relatives entre le tube foyer 2 et le tube extérieur l1. Dans un mode de réalisation de l'appareil le tube foyer 2a été constitué en acier réfractaire du type 25-20 et le tube extérieur 11 a été réalisé en acier inox type 18-10. les arrivées targentielles 4,5 d'air dans le tube foyer peuvent etre également réalisées en acier inox. Un tel brûleur a donné toute satisfaction tant sur le plan de la tenue mécanique que de la souplesse de fonctionnement, de la puissante délivrée, de la température de sortie des gaz et de la vitesse d'éjection de la flamme. On obtient également une stabilité remarquable de la flamme dans le tube foyer. Dans cet exemple de réalisation les pressions d'alimentation de gaz com Mustible et d'air comburant étaient respectivement 22 millibars pour le gaz combustible et 26 millibars (air soufflé) pour le gaz comburant. Les avantage *elevés peuvent s'expliquer notamment par les considérations suivantes. L'amenée de l'air par l'arrivée tangentielle 9 dans la boîte à air 10 améliore le refroidissement de la paroi du tube foyer 2, permettant une bonne tenue en température du brûleur et évitant toute perte de calories, la quantité de chaleur cédée par la flamme étant égale à celle récupérée par l'air comburant. La distribution automatique en deux courants en contre-rotation Oe l'air par les arrivées 4, 5 crée un déséquilibre entre les les deux débits en contre-rotation, assurant une auto-régulation de + ébits et une parfaite stabilisation de la combustion à l'intérieur du tube foyer. L'écartement très grand des arrivées 4,5 permet en modifiant les débits d'amenée de l'air et du gaz ainsi que la riehesse du mélange d'obtenir un bon fonctionnement du brûleur pour de très larges variations d'alimentation. Ainsi de tels brûleurs permettent de couvrir sans difficulté des gammes de puissance allant de 150 à 1500 th/h et ceci avec une très grande souplesse de réglage du facteur d'air. En ce qui concerne le rétreint 17 de sortie du brûleur, celui-ci peut être plus ou moins important, voire supprimé, selon que l'on désire que la combustion s'effectue entièrement à l'intérieur du tube foyer ou continue au-delà dudit tube. la dimension du rétreint joue également sur la vitesse de sortie des gaz. En ce qui concerne l'éxécution du matériel aucune difficulté particulière ne se pose et la construction reste économique. Si désiré, on peut augmenter le rendement de combustion du brûleur en montant le tube extérieur 11 sur au mois une partie de sa longueur dans une chambre qui sera réchauffée par les fumées de sortie de l t appareil équipé du brûleur. On obtient ainsi une récupération supplémentaire de calories par préchauffage plus important de l'air de combustion. Enfin il y a lieu de no-ter que les arrivés tangentielles d'air 5 peuvent être déplacées plus ou moins vers l'avant du brûleur, selon les conditions de combustion souhaitées. Ainsi si l'on ne désire pas que toute ia combustion s'effectue dans le tube foyer 2 on placera les arrivées 5 au-delà du plan 14 illustré au dessin. De même le nombre et/ ou la section des arrivées 4 et 5 peuvent etre les mêmes ou différents. Compte-tenu de ses caractérisques et notamment de sa grande stabilité le brûleur de l'invention permet d'incinérer divers effluents gazeux mélangés au comburant. En équipant l'orifice arrière 19 de dispositifs appropriés d'injection il est également possible de réaliser des combustions mixtes avec du mazout, des hurles ou divers produits combustibles gazeux, liquides ou solides. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation illustré et décrit qui n'a été donné qu'à titre dtexem- ple, 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 C AT 10 N 1- Brûleur à gaz à grande vitesse de sortie des gaz permettant d'obtenir une température élevée des gaz brûlés du type comprenant un tube foyer central formant chambre-de mélange et de combustion dans lequel est admis le gaz combustible et le gaz comburant, habituellement de l'air, préchauffé par passage au contact de la paroi extérieure dudit tube foyer dans un espace annulaire formant boite à air ménagé entre ladite paroi extérieure dudit tube foyer et un tube extérieur qui l'entoure, ledit brûleur étant caractérisé en ce que le gaz combustible est amené sous faible pression par exemple de l'ordre de quelques dizaines de millibars à l'arrière dudit tube foyer et le gaz comburant est distribué sous pression essentiellement en deux courants principaux amenés en contre-rotation dans ledit tube, l'un sensiblement au niveau de l'extrémité arrière dudit tube, l'autre dans la partie avant dudit tube sensiblement au-delà du plan transversal médian dudit tube. 2- Brûleur à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que, comme connu en soi, ledit tube foyer se termine à son extrémité de sortie par une pièce assurant le rétrécissement de la section de sortie des gaz pour augmenter la vitesse de sortie. 3- Brûleur à gaz selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz comburant est amené dans la boîte à air sensiblement au niveau du plan médian du tube foyer, sensiblement tangentiellement à la paroi dudit tube extérieur, et sensiblement perpendiculairement à l'axe dudit tube de façon à être mis en rotation dans ladite bote à air. 4- Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le sens de rotation de l'arrivée du gaz comburant est choisi dans le sens de l'une ou de l'autre des arrivées avant ou arrière de gaz comburant dans le tube foyer selon les caractéristiques de fonctionnement désirées. 5- Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, carcotdiisd en ce que l'arrivée de gaz combustible se fait dans un plan transversal du tube foyer un peu en arrière dudit courant principal arrière d'arrivée du gaz comburant. 6- Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit tube foyer est monté dans ledit tube extérieur solidaire de lui à la partie arrière et vient à sa partie avant porter à coulissement contre une bague solidaire de la paroi avant de ladite boîte à air permettent les dilatations relatives entre le tube foyer et le tube extérieur. 7- Brûleur à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit tube extérieur est monté sur une partie de sa longueur au moins dans une chambre réchauffée par les fumées de sortie de l'appareil équipé dudit brûleur.