Brevet FR2464433A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne un brûleur à gaz à air soufflé dont le débit calorifique peut varier sur une plage de réglage très étendue et qui est notamment susceptible de fonctionner pour de très faibles débits. La mise au point de brûleurs à air soufflé a une impor- tance considérable dans de nombreuses industries, et notamment dans l'industrie chimique lourde o ils sont indispensables dans les procédés d'obtention de nombreux produits fabriqués à grande échelle et servant de matière première dans des industries de transforma- tion. Or, la plupart des brûleurs à gaz à air soufflé ont des sections fixes d'injection du gaz et de l'air; en conséquence, les vitesses d'injection, dans ces sections fixes, diminuent lorsque le débit calorifique demandé décroit. Or, ces vitesses atteignent, à basse allure, des valeurs insuffisantes pour assurer un mélange satisfaisant de l'air et du gaz et, par suite, une combustion complète, rapide, stable. Cette caractéristique des brûleurs classiques n'est pas sans inconvénient: en effet, de nombreuses opérations nécessitent ainsi l'utilisation de foyers à plusieurs brûleurs pouvant être allumés successivement en fonction du débit calorifique demandé. En conséquence, dans ces installations, il faut changer fréquemment de brûleur en cours de fonctionnement ce qui oblige à effectuer des opérations successives et relativement longues d'arrêt et de rallumage des brûleurs et n'est pas sans augmenter considérablement le prix de revient du produit fini. De plus, dans ce type d'installations, la chaleur du foyer entraîne une détérioration accélérée des brûleurs à l'arrêt, notamment dans le cas de foyers briquetés maintenus à haute tempé- rature, ou de foyers fonctionnant en pression. Dans certaines installations, pour éviter les inconvé- nients mentionnés ci-dessus, on est obligé de souffler de l'air, des fumées, ou de la vapeur sur les brûleurs à l'arrêt afin de les refroidir en cours de procédé, ce qui entraîne un gaspillage important d'énergie thermique. On a bien déjà proposé des dispositifs permettant de faire varier la section d'injection de l'air et celle du gaz d'un brûleur pour conserver aux vitesses des fluides une valeur suffi- sante en dépit de la variation des débits. Mais, de tels dispositifs sont mis en échec pour les 2 2464433 très faibles débits parce que la section terminale du brûleur ne varie pas et que la vitesse de mélange du gaz et de l'air demeure très faible. La présente invention a pour objet de remédier aux incon- vénients mentionnés ci-dessus, en proposant un brûleur à gaz suscep- tible de fonctionner correctement à de très faibles débits et donc pouvant être installé en tant que brûleur unique sur des foyers qui nécessitaient jusqu'alors l'utilisation de plusieurs brûleurs. A cet effet, la présente invention concerne un brûleur à gaz à air soufflé dont le débit calorifique peut varier sur une plage de réglage très étendue et notamment susceptible de fonctionner pour de très faibles débits, brûleur à gaz comportant un dispositif d'arrivée du gaz et un dispositif d'arrivée de l'air, ainsi qu'un conduit divergent dans lequel s'effectue le mélange air-gaz,brûleur caractérisé en ce que la section terminale divergente présente au moins deux étages d'introduction d'air de combustion. L'avantage de disposer d'un brûleur unique à très grande variation de débit concerne tous les foyers et particulièrement les fours de fabrication du soufre par combustion d'hydrogène sulfuré (procédé Claus). Sur ce dernier type de four toute introduction de fluide de refroidissement d'un brûleur à l'arrêt compromet le rendement du procédé en provoquant une dilution des gaz réactifs. Il en résulte une perte de production, une corrosion accélérée et une pollution atmosphérique accrue. En outre, une faible vitesse du gaz à la sortie du conduit est la cause d'un mauvais mélange des gaz et, par suite, d'un mauvais rendement de la réaction de combustion, ce qui provoque également un accroissement de la pollution atmos- phérique. Au contraire le maintien d'une grande vitesse des gaz sur tout le trajet parcouru et même aux faibles débits, provoque un meilleur mélange avec l'air d'o il résulte une flamme courte, une température de flamme plus élevée et un meilleur rendement de réaction. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le diamètre intérieur minimum du deuxième étage est au moins sensible- ment égal au diamètre terminal intérieur du premier étage. On parvient à obtenir ainsi une bien meilleure continuité dans la décroissance de la vitesse du mélange en aval du premier étage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le brûleur comporte des moyens de réglage séparés des sections d'injection du gaz et de l'air. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de réglage de la section d'injection du gaz est un opercule coulis- sant situé sur l'orifice de la tuyère d'amenée du gaz, le mouvement de cet orifice étant commandé par l'intermédiaire d'une commande manuelle ou motorisée, asservie ou non à la pression dans le conduit 4 Dar exemple. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans chaque étage d'introduction de l'air de combustion, l'air traverse un registre muni d'aubes inclinables permettant de modifier la section d'injection au moyen d'un levier de commande. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour chaque étage, le divergent dans lequel s'écoule le mélange possède un col très étroit, calculé pour le débit le plus faible demandé au brûleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la mise en service des étages peut être soit discontinue, soit rendue continue par un dispositif d'asservissement des papillons de réglage de débit d'air. Les caractéristiques du brûleur à gaz qui fait l'objet de la présente invention sont décrites plus en détail à l'aide du dessin annexé représentant une coupe schématique d'un tel brûleur. Selon cette figure, le brûleur se compose d'un dispositif 1 d'arrivée du gaz selon la flèche A, et d'un dispositif 2 d'arrivée de l'air de combustion selon les flèches B. Le gaz qui arrive par le dispositif 1, ainsi que l'air arrivant par le dispositif 2 sont mélangés dans un conduit divergent 3 à partir duquel s'écoule le mélange AB et qui sera décrit plus en détail dans la suite de cet exposé. Le dispositif d'amenée du gaz sous pression 1 est une tuyère 4, dont l'extrémité 5 débouchant dans la conduite divergente 3 est coiffée d'un opercule coulissant 6 susceptible de se déplacer longitudinalement sur l'axe I-I de la tuyère 4. Le déplacement longitudinal de l'opercule 6 dont dépend la section d'injection du gaz sous pression est commandé au moyen d'un système de commande 7 relié à l'opercule 6 par un axe 8. Le dispositif d'amenée de l'air de combustion se compose d'un caisson, à partir duquel l'air arrive dans le conduit divergent 3 en traversant un registre 10 muni d'aubes inclinables il permettant de modifier la section d'injection de l'air dans le divergent au moyen d'un levier de commande 12. Selon l'invention, et pour permettre au brûleur d'être utilisé sur une plage de réglage très étendue et notamment pour des débits calorifiques très faibles, le conduit divergent 3 peut se décomposer en deux étages d'introduction de l'air de combustion. Selon la figure, la conduite divergente 3 comporte deux étages 30 et 31, la totalité du gaz étant injectée dans le premier étage 30, tandis que l'air peut être injecté successivement dans les étages 30 et 31. Il est bien évident que la conduite divergente pourrait comporter plus de deux étages, ou bien que l'introduction du gaz pourrait être échelonnée sur les deux étages sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Pour permettre une introduction étagée de l'air de com- bustion B, le caisson 9 est subdivisé en deux compartiments 90 et 91, chacun de ces compartiments étant reliés à l'un des étages 30 ou 31 de la conduite divergente 3. Chacun des compartiments 90 ou 91 est relié à un registre muni d'aubes inclinables 11 qui permettent de modifier la section d'injection au moyen de leviers 12. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation cidessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple non limitatif suivant EXEMPLE Un brûleur suivant l'invention comporte une tuyère 5 d'un diamètre intérieur de 75 mm et un opercule 6 de réglage du débit de la tuyère. La température d'un gaz acide contenant environ 60 % d'hydrogène sulfuré et 40 % de gaz carbonique étant de 400C et sa pression de 60 millibars audessus de la pression régnant dans le foyer, le débit admissible maximum est alors de 1641 Nm3/h. Pour un débit de gaz acide d'environ 160 à 540 Nm3/heure, on admet dans le premier étage 30 par le compartiment 90 un débit d'air proportionnel au débit de gaz de 240 à 810 Nm3/heure. 2464433 Le deuxième étage ne reçoit alors qu'un faible débit d'air de refroidissement et un front de flamme parfaitement stable s'établit dans le premier étage. Pour un débit de gaz acide supérieur à 540 Nm3/h, on maintient le débit d'air maximum du premier étage 30 et l'on admet l'excédent d'air nécessaire à la combustion dans le deuxième étage 31 par le compartiment 91. Le front de flamme se déplace alors et se stabilise dans le deuxième étage. 6 2464433 REVENDICATIONS 1 - Brûleur à gaz à air soufflé dont le débit calorifique peut varier sur une plage de réglage très étendue et notamment sus- ceptible de fonctionner pour de très faibles débits, brûleur à gaz comportant un dispositif d'arrivée du gaz et un dispositif d'arrivée de l'air, ainsi qu'un conduit divergent dans lequel s'effectue le mélange air-gaz, brûleur à gaz caractérisé en ce que la section terminale divergente présente au moins deux étages d'introduction d'air et/ou de gaz combustible. 2 - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur minimum du deuxième étage est au moins sensi- blement égal au diamètre terminal intérieur du premier étage. 3 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage séparés des sections d'injection du gaz et de l'air. 4 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que le moyen de réglage de la section d'injection du gaz est un opercule coulissant situé sur l'orifice de la tuyère d'amenée du gaz, le mouvement de cet orifice étant commandé par l'intermédiaire d'une commande manuelle ou motorisée, asservie ou non à la pression dans le conduit 4 par exemple. - Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que, dans chaque étage d'introduction de l'air de combustion, l'air traverse un registre muni d'aubes inclinables permettant de modifier la section d'injection au moyen d'un levier de commande. 6 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que, dans chaque étage, la conduite divergente possède un col très étroit calculé pour le débit le plus faible demandé au brûleur. 7 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce qu'il comporte un dispositif d'asservissement de papillons de réglage de débit d'air et de gaz.