Brevet FR2458749A1 — publié le 19810102

La présente invention se rapporte à un brûleur oxygènegaz perfectionné pouvant être utilisé, de façon avantageuse, dans de nombreuses applications, notamment métallurgiques. I1 est bien connu que dans certaines phases des procédés qui conduisent à l'élaboration des métaux tels que l'acier, on fait appel à des réchauffements locaux ou gené- ralisés, aussi bien du métal en cours de transformation, que du récipient destiné à le contenir, afin de maintenir ou de porter le métal ou le récipient à la température souhaitée dans l'operation considérée. La technique usuelle et bien connue est de faire appel à des brûleurs pour réaliser ces opérations. Ceux-ci ont commencé par être alimentés en un comburant constitué par de l'air que l'on a progressivement enrichi en oxygène pour utiliser maintenant des brûleurs dans lesquels le comburant est de l'oxygène pur et le combustible, un hydrocarbure liquide ou gazeux. L'avantage important que présentent ces derniers brûleurs consiste dans la grande puissance qu'ils sont capables de développer sous un volume relativement restreint. A titre d'exemple, on peut citer les brûleurs à oxy-fuel et à " post mixing " élaborés il y a près de vingt ans. S'écartant des brûleurs de ce type caractérisés entre autres par un orifice de sortie pourvu de multiples trous, mais tout en restant dans le cas où l'on utilise de l'oxygène pur comme comburant, l'inventeur a imaginé de conférer à un brûleur comportant deux conduits concentriques, l'un pour le comburant, l'autre pour le combustible, une configuration particulière, d'une part permettant de fournir sous un petit volume une puissance calorifique particulièrement importante, et d'autre part assurant une souplesse de fonctionnement exceptionnelle, puisque le brûleur s'accomode de fournir, dans de bonnes conditions de combustion, des puissances dont le rapport varie de 1 à 60. Le brûleur faisant l'objet de la présente invention, lequel comporte deux tubes coaxiaux, l'un étant destiné à l'amenée du comburant et l'autre étant destiné à l'amenée du combustible, est essentiellement caractérisé en ce que la majeure partie au moins de la zone d'extrémité de la paroi extérieure du tube central, ainsi que la majeure partie au moins de la zone d'extrémité de la paroi interne du tube périphérique sont l'une et l'autre coniques, convergentes en direction de la sortie du brûleur, et de préférence d'égale conicité, et en ce que le conduit central, le plus souvent cylindrique jusqu'en son extrémité de sortie, présente à celleci, sans partie convergente préalable, une partie divergente, dont l'angle de divergence reste toutefois inférieur à 200, et de préférence inférieur à 120, ce qui permet d'éviter les décollements de la veine gazeuse, tout en facilitant le mélange entre les deux fluides sortant du brûleur. Suivant l'invention, pour pouvoir fonctionner dans les meilleures conditions pour des débits maxima de fluides, et des pressions données, on détermine les sections de passage pour qu'à la sortie des tubes, les vitesses des fluides ne dépassent pas les trois quarts de la vitesse du son et de préférence pas la moitié de cette vitesse. La conicité de convergence est réglée de façon à ce que la nappe gazeuse sortant de cet orifice annulaire pénètre facilement dans le fluide délivré par le tube central. En pratique, l'angle au sommet du cône ainsi délimité ne dépasse pas 1200, et de préférence 900 Les extrémités des deux tubes peuvent être dans un même plan ou en retrait l'une par rapport à l'autre. Selon une variante particulièrement avantageuse du brûleur considéré, le tube périphérique est lui-même entouré par une gaine (pouvant être réfractaire, ou entourée d'un réfractaire), de telle façon qu'un espace relativement étroit (par exemple quelques millimètres) subsiste entre eux, ce qui permet d'y insuffler un fluide, le plus souvent refroidissant et protéger ainsi efficacement le brûleur. I1 ne sort toutefois pas du domaine de l'invention de prévoir, dans le tube central et/ou dans le tube périphérique de ce brûleur, un circuit refroidissant proprement dit. La gaine elle-même peut avantageusement être pourvue d'un circuit de refroidissement. Egalement suivant l'invention, l'espace ménagé entre les deux tubes , ainsi que celui confiné dans le tube central peut être divisé, au moins en sa partie terminale, en un certain nombre de conduits partiels, ce qui peut conduire à augmenter encore la souplesse du réglage de la flamme sortant du brûleur. Ces conduits partiels peuvent être hélicoidaux, de façon à conférer aux fluides une certaine rotation qui favorise le mélange entre ceux-ci. Le brûleur présente avantageusement des moyens pour ajuster et fixer la position du tube central dans le tube périphérique, de manière à ménager entre ces deux tubes la section de sortie désirée du fluide pour l'application considérée. Comme déjà dit plus haut, ce brûleur est susceptible de présenter une gamme de fonctionnements stables particulièrement étendue en puissance, que l'on peut régler à partir des pressions appliquées aux fluides, pour des sections de passage desdits fluides et des angles de divergence ou de convergence du brûleur, calcules pour une application déterminée. Le schéma ci-après, donné à titre d'exemple non limitatif, permet de se rendre compte comment on peut concevoir un dispositif conforme à celui de l'invention. Sur ce schéma, on peut voir le tube intérieur 1, de parois interne 2 et externe 3, le tube périphérique 4, coaxial à 1, de parois interne 5 et externe 6. Le tube intérieur 1 entoure l'espace axial 7 par lequel un des deux fluides est amené à l'extrémité de sortie du tube. Entre le tube 1 et le tube 4 se trouve l'espace annulaire 8 par lequel l'autre fluide est amené à l'extrémité de sortie du tube 4. Le tube 1 est muni à sa sortie, d'un cône divergent 9, à sa paroi interne et d'un cône convergent 10 à sa paroi externe, tandis que le tube 4 est muni à sa sortie d'un cône convergent 11 à sa paroi interne. L'espace intercône 12 est réglé au moyen d'une butée 13 à 4 tenons, déterminant la position du tube 1 selon l'axe du brûleur, ladite butée 13 s'appuyant contre un épaulement 14 pratiqué dans le tube 4. Le centrage du tube 1 dans le tube 4 est parfait au moyen des intercalaires 15. Le tube 1 est alimenté en son fluide par le raccord 16, soudé en 17, tandis que le tube 4 est alimenté en son fluide par le raccord 18 coaxial à 17, périphérique à celui-ci et soudé en 19 au tube 4. L'ensemble du brûleur est entouré par une gaine en réfractaire 20, séparée de la paroi externe 6 par un espace annulaire 21 coaxial au tube 4, et au travers duquel on souffle un fluide de refroidissement, par exemple de l'air ou de l'azote. I1 ne sort pas du domaine de l'invention d'envisager de faire fonctionner le brûleur qui en fait l'objet, avec un fuel liquide. Dans ce cas, l'orifice de sortie dudit fuel peut avantageusement être garni d'un ou plusieurs gicleurs qui pulvériseraient le fuel avant sa rencontre avec le comburant. REVENDICATIONS 1. Brûleur perfectionné, comportant deux tubes coaxiaux, lé tube central étant destiné à l'amenée du comburant et le tube périphérique étant destiné à l'amenée du combustible (ou vice-versa), caractérisé en ce que la majeure partie au moins de la zone d'extrémité de la paroi exterieure du tube central, ainsi que la majeure partie au moins de la zone d'extrémité de la paroi interne du tube périphérique sont l'une et l'autre coniques, convergentes et de préférence d'égale conicité, et en ce que le tube central, le plus souvent cylindrique jusqu'en son extrémité de sortie, présente à celle-ci, sans partie convergente préalable, une partie divergente dont l'angle de divergence reste toutefois inférieur à 200 et de préférence inférieur à 120 2.Brûleur suivant la revendication 1, caractérise en ce que, pour des débits maxima des fluides et des pressions données, les sections de passage sont déterminées pour qu'à la sortie des tubes, les vitesses des fluides ne dépassent pas les trois quarts de la vitesse du son, et de préférence pas la moitié de cette vitesse. 3. Brûleur suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'angle au sommet du cône de convergence ne dépasse pas 1200, et de préférence 900. 4. Brûleur suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités des deux tubes sont dans un même plan. 5. Brûleur suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube périphérique est lui-même entouré par une gaine, de telle façon qu'un espace relativement étroit ( par exemple quelques millimètres ) subsiste encore entre eux. 6. Brûleur suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tube interne et/ou le tube externe et/ou ladite gaine de ce brûleur présentent un circuit de refroidissement propre. 7. Brûleur suivant l'une ou iLautre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'espace annulaire ménagé entre les deux tubes est divisé, au moins en sa partie terminale, en un certain nombre de conduits partiels. 8. Brûleur suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'espace confiné dans le tube central est divisé, au moins en sa partie terminale, en un certain nombre de conduits partiels.