Brevet FR2459423A1 — publié le 19810109

Cette invention est relative à des perfectionnements apportés aux brûleurs pour combustibles gazeux, destinés notamment aux fours industriels. On sait que la recherche d'amélioration du rendement énergétique de ces fours industriels conduit à l'utilisation systématique du préchauffage de l'air de combustion des combustibles gazeux employés, en mettant en oeuvre des récupérateurs de la chaleur contenue dans les fumées. Pour certains types de fours, la récupération permet d'assurer un préchauffage de l'air jusqu'à une température pouvant atteindre 600 C, et meme 700"C. Un tel niveau élevé de température n'est pas toujours compatible avec le bon fonctionnement des bruleurs. Ainsi, dans les fours de recuit brillant des bandes, par exemple, où l'on exige la combustion sans la moindre trace d'imbrulés solides (c'est-à-dire de suies), l'utilisation de l'air réchauffé aux températures élevées indiquées ci-dessus, avec des combustibles riches en carbone, est difficile étant donné que ces hydrocarbures, suivant leur nature, sont soumis à un craquage entre 250 et 450"C. Cet inconvénient est particulièrement sensible avec les brûleurs fonctionnant avec un défaut d'air et de faibles niveaux de puissance. Dans certaines conditions, l'accroissement de l'excès d'air peut repousser la limite du craquage, mais ce remède est contraire aux exigences d'économie du combustible. L'invention se propose d'apporter un brûleur perfectionné, permettant la combustion sans imbrulés solides des hydrocarbures gazeux, quelle que soit la température de l'air de combustion. A cet effet, cette invention concerne des perfectionnements apportés aux bru leurs pour combustibles gazeux du type alimenté en air de combustion préchauffé, caractérisés en ce qu'ils consistent en l'addition d'une faible quantité d'air primaire froid au combustible gazeux, le combustible gazeux et l'air primaire froid étant introduits séparément dans l'injecteur de gaz du bruleur, afin de former un prémélange. Selon une caractéristique de cette invention, le débit d'air primaire froid introduit en prémélange avec le combustible gazeux est indépendant des variations des autres débits, le mélange combustible gazeux - air primaire froid étant placé au-delà de la limite supérieure d'inflammabilité. Selon une autre caractéristique de cette invention, le bradeur com porte un corps calorifugé, un injecteur de gaz, un directeur d'air, et un ouvreau réfractaire monté sur ledit corps1 et il est caractérisé en ce que l'injecteur comporte deux orifices séparés d'alimentation, un pour le gaz combustible, l'autre pour l'air primaire froid, et en ce que l'air de combustion chaud est injecté dans l'espace annulaire entre l'injecteur et le directeur d'air. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé, qui en illustre un exemple de réalisation non limitatif. La Figure unique du dessin représente, en coupe axiale verticale, un bruleur selon l'invention. En se référant à la Figure, on y voit un bruleur qui comprend un corps 10, pourvu intérieurement d'un garnissage isolant réfractaire 12 et d'une bride de montage 14. Ce corps est muni, d'une part, d'une voie d'admission 16 pour l'air de combustion secondaire préchauffé, par exemple par passage dans des récupérateurs de la chaleur contenue dans les fumées, et, d'autre part, d'un orifice 18 au travers duquel est monté l'injecteur, désigné dans son ensemble par la référence 22, par l'intermédiaire d'une plaque 20 boulonnée sur le corps 10. Ce dernier comporte, par ailleurs, un directeur d'air 24 pouvant présenter différentes configurations, ainsi qu'on le verra plus loin. Sur la bride 14 du corps est fixé un ouvreau réfractaire, recevant en 28 un bruleur pilote (non représenté) pour assurer l'allumage du bruleur. Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, le gaz combustible et l'air primaire froid sont introduits séparément dans l'injecteur 22, afin de former un prémélange partiel. A cet effet, l'injecteur comporte deux orifices d'alimentation : l'orifice 30, pour l'introduction de gaz combustible, et l'orifice 32, pour l'amenée d'air primaire froid. Selon l'invention, le débit d'air primaire est constant, et le débit de gaz admis dans l'injecteur 22 est tel que le mélange gaz - air primaire se trouve placé au-delà de la limite supérieure d'inflamamabilité . La régulation de la puissance du bruleur est effectuée en réglant s-imultanément le débit de gaz passant par l'injecteur 22 et le débit d'air de combustion préchauffé, amené par l'orifice d'alimentation 16 et injecté-dans l'espace annulaire 34 compris entre l'injecteur 22 et le directeur d'air 24, le débit d'air primaire de prémélange restant indépendant des variations des autres débits (gaz combustible, et air de combustion préchauffé). Ainsi qu'on l'a précisé plus haut, le directeur d'air peut présenter différentes configurations, afin d'assurer un mélange rapide et intime entre l'air de combustion préchauffé et le gaz combustible, et afin de permettre une combustion rapide et sans formation de carbone libre. L'injecteur 22 peut être muni d'orifices de sortie radiaux, axiaux ou obliques, tels que les orifices 36 de l'injecteur représenté sur le dessin, ayant un diamètre tel que la vitesse des jets de prémélange air primaire froid - gaz combustible, à la sortie de l'injecteur, soit suffisante pour permettre de réaliser un mélange favorable dudit prémélange combustible et de l'air de combustion préchauffé, quelle que soit l'allure du bruleur. Par ailleurs, la forme de l'ouvreau 26 est choisie de façon à permettre une recirculation intense des gaz de combustion et à assurer une combustion efficace et complète. Cette recirculation peut être obtenue à l'aide d'un tunnel droit ou muni d'un rétreint, ayant des dimensions appropriées. Les fumées quittant l'ouvreau ne contiennent pas d'hydrocarbures, et elles présentent une composition proche des gaz résultant d'une combustion parfaite. L'utilisation, selon l'invention, d'air primaire froid en prémélange partiel avec le gaz combustible dans l'injecteur du bruleur, apporte notamment le double avantage suivant 1 - elle permet de refroidir l'injecteur pendant le fonctionnement du brûleur en bas régime, et d'éviter ainsi le craquage des gaz dans l'injecteur; 2 - elle permet d'accélérer la formation du mélange inflammable en dehors de l'injecteur, et d'éliminer la formation du carbone dans la flamme cette combustion ayant lieu au moment de la dissociation de la molécule du gaz combustible carburé, il se forme du monoxyde de carbone au lieu de carbone, dont la formation serait inévitable avec de l'air chaud sans air primaire froid en prémélange avec le gaz combustible admis dans l'injecteur. Ainsi est éliminée la présence de carbone dans le reste de la flamme. Bien entendu, cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, mais elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Perfectionnements apportés aux brûleurs pour combustibles gazeux, notamment pour fours industriels, de type alimenté en air de combustion préchauffé, caractérisés en ce qu'ils consistent en l'addition d'une faible quantité d'air primaire froid en prémélange avec le combustible gazeux. 2 - Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés en ce que le combustible gazeux et l'air primaire froid sont introduits séparément dans l'injecteur de gaz du brûleur, afin de former un prémélange partiel. 3 - Perfectionnements selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisés en ce que le débit d'air primaire froid est constant, et indépendant des débits de gaz combustible et d'air préchauffé. 4 - Perfectionnements selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le débit de gaz combustible admis dans l'injecteur est tel que le mélange gaz - air primaire froid se trouve toujours placé au-delà de la limite supérieure d'inflammabilité. 5 - Perfectionnements selon l'une quelconque des revendications précédentes1 appliqués à un brûleur qui comporte un corps calorifugé, un injecteur de gaz, un directeur d'air, et un ouvreau réfractaire monté sur ledit corps1 caractérisés en ce-que ledit injecteur comporte deux orifices séparés d'alimentation, un pour le gaz combustible, et l'autre pour l'air primaire froid, et en ce que l'air de combustion chaud est injecté dans l'espace annulaire entre l'injecteur et le directeur d'air. 6 - Perfectionnements selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que la régulation de la puissance du brûleur s'effectue par le réglage simultané du débit de gaz passant dans l'injecteur et du débit d'air de combustion préchauffé injecté dans ledit espace annulaire. 7 - Perfectionnements selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que l'injecteur est pourvu d'orifices de sortie de forme, de dimensions et de disposition choisies telles que la vitesse des jets de prémélange air primaire froid - gaz combustible, à la sortie de l'injecteur, soit suffisante pour assurer un mélange favorable dudit prémélange combustible avec l'air de combustion, indépendamment de l'allure du brûleur.