Brevet FR2488815A1 — publié le 19820226

La présente invention a pour objet un dispositif de pulvérisation d'un liquide combustible ou non au moyen d'un gaz auxiliaire sous pression comportant des moyens pour effec- tuer le mélange des deux fluides par des mouvements de rota- tion opposés suivis d'un système permettant la détente du mélange à travers au moins un organe approprié. L'invention s'étend aux applications de ce dispo- sitif notamment à la pulvérisation du fuel lourd ou de toute huile combustible dans des brûleurs à faible perte de charge et à la pulvérisation de tout liquide pour séchage. Dans les brûleurs de raffinerie, du type à "air induit", on utilise généralement, pour pulvériser le fuel, de la vapeur d'eau sous pression qui, dans une première étape, est mélangée au fuel dans une chambre de mélange, puis, dans une seconde étape, le mélange est détendu à travers une buse. Les orifices de cette buse sont percés de manière appropriée au brûleur et la détente à travers ces orifices provoque la pulvérisation du fuel: - le nombre des orifices varie généralement de 6 à 15. - leur diamètre est choisi en fonction des débits de fuel désirés et de manière à obtenir la meilleure qualité de combustion. - généralement, ces orifices sont géométriquement disposés de manière que leurs axes soient répartis sur un cône dont l'angle d'ouverture est un paramètre important pour la forme de la flamme. Comme on peut le voir sur la figure 1 représentant en coupe un pulvérisateur classique,le système effectuant le mélange vapeur-fuel est sommaire. En effet, le fuel est intro- duit par la conduite axiale 1 et la vapeur par la conduite concentrique 2. Le mélange s'effectue dans la chambre 4 o le fuel entre par un orifice 5 de 2,5 cm de diamètre et la vapeur par 3 trous, 3, de 2,3 cm de diamètre, la détente et la pulvé- risation s'effectuent à travers les 6 trous, 6, de 2,5 mm de diamètre de la buse 7. Dans ces conditions, l'état de division des deux fluides l'un dans l'autre ne peut être fin, ce qui nuit à l'obtention d'une pulvérisation fine du fuel après détente dans la buse. En outre, ce type de pulvérisateur doit, pour aboutir à une pulvérisation satisfaisante pour la combustion fonctionner dans des conditions telles que le rapport débit de vapeur/débit de fuel soit compris entre 25 % et 60 %, selon le débit de fuel. La figure 2 montre une courbe donnant les rapports en % dua débit massique de vapeur à celui du fuel en fonction des débits de fuel en Kg/heure d'un pulvérisateur JOHN ZINK. Ce rapport est l'élément déterminant du coût d'exploitation d'un pulvérisateur et tous les efforts de perfectionnement tendent à le réduire, tout en améliorant l'efficacité du mélangeur vapeur-fuel. Ainsi la compagnie ESSO dans son certificat d'addition 74 29594 au brevet 73 41639 du 22.11.73, a reven- diqué un pulvérisateur dans lequel le mélange vapeur fuel est obtenu avec un mélangeur statique, comportant une suite d'organes ayant pour fonction d'imposer aux fluides de mul- tiples changements de direction et des forces de cisaillement. De son côté, la Société JOHN ZINK a perfectionné le système de mélange en profilant la chambre de mélange et en introduisant la vapeur avec un mouvement de rotation, le fuel étant introduit axialement. Conformément à l'invention, on améliore encore le mélange en introduisant les deux fluides dans une chambre de mélange, les deux fluides étant animés de mouvements de rota- tion opposés créant une turbulence de l'écoulement, propice au mélange. Pratiquement, la figure 3 présente un mode de réalisation de l'invention: le fuel pénètre par un conduit cylindrique il et la vapeur par un conduit cylindrique co- axial 12. Ces deux fluides pénètrent dans la chambre de mélange 13 par des orifices 14 et 15 percés dans la paroi de la chambre de mélange. La chambre de mélange 13 est vissée à l'extrémité du conduit de fuel 11, et lui est co-axiale. Son diamètre le plus large est égal au diamètre du conduit de vapeur, ce qui assure l'étanchéité du circuit vapeur. A l'intérieur, la chambre de mélange 13 est de forme cylindrique ou conique tronquée, de longueur comprise entre 5 et 100 mm, l'angle d'ouverture du cône étant inférieur à 40 degrés et de 24 80815 manière générale adapté au brûleur et à la forme de flamine désirée. Les orifices 14 de fuel sont disposés de manière que leur axe soit perpendiculaire à l'axe de la chambre de mélange, mais ne lui soit pas sécant, de manière à communiquer au fuel un mouvement de rotation dans la chambre de mélange. Les orifices 15 de vapeur sont disposes de manière analogue, mais de façon à communiquer à la vapeur un mouvement de rota- tion dans la chambre de mélange inverse au mouvement de rota- tion du fuel. A titre d'exemple non limitatif, les orifices 14 de fuel sont au nombre de deux, de diamètre 1,5 mm, afin de permettre un débit de fuel allant jusqu'à 150 kg/h avec des pressions de fuel n'excédant pas 8 bars, et les orifices 15 de vapeur sont au nombre de deux, de diamètre 2,0 mm. La figure 4 représente la disposition des orifices 14 lorsqu'on regarde la chambre de mélange depuis un point A situé sur son axe, à l'extérieur du côté le plus étroit de la chambre; vu du point A, le sens de rotation du fuel est inverse à celui des aiguilles d'une montre. De même, la figure 5 représente la disposition des orifices 15 lorsqu'on regarde la chambre de mélange du point A défini ci-dessus. Vu de ce point, le sens de rotation de la vapeur dans la chambre de mélange est celui des aiguilles d'une montre. Le dispositif pulvérisateur selon l'invention, réalisé selon les prototypes no 4 et 5, a été testé sur banc comparativement aux dispositifs classiques EA7 et LS de JOHN ZINK, comme on peut le voir sur la figure 6 dans laquelle sont représentés les rapports en % du débit massique de vapeur à celui du fuel en fonction des débits de fuel en Kg/heure. On constate que les pulvérisateurs conformes à l'invention permettent d'obtenir des consommations de vapeur - sensiblement inférieures et indépendantes du débit de fuel. En outre, l'observation de la flamme révèle que la qualité de la combustion est meilleure et le rapport débit de fuel maximum/débit de fuel minimum est de 4 à 5 alors qu'il est de 3 pour le système LS de JOHN ZINK. Enfin, les pressions maximales de fuel nécessaires sont de l'ordre de 8,1 bars alors que le dispositif de ESSO 2488 I15 nécessite une pression de fuel de 14 à 16 bars, ce qui con- traint d'équiper la raffinerie d'un surpresseur supplémen- taire. Le pulvérisateur conforme à l'invention présente, comme on l'a démontré, les avantages d'être d'une conception technologique simple, de permettre une économie importante de vapeur, de présenter une plus grande souplesse, de donner une meilleure qualité de combustion et d'être utilisable à des pressions de fuel compatibles avec les disponibilités en raffinerie. 248G115 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de pulvérisation d'un liquide combustible ou non au moyen d'un gaz auxiliaire sous pression, caractérisé en ce que le liquide et le gaz sont mélangés dans une même enceinte axiale par des mouvements de rotation opposés, le mélange gaz-liquide obtenu étant alors détendu au travers d'un organe approprié. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liquide est un fuel et le gaz de la vapeur d'eau sur- chauffée ou non. 3 - Dispositif selonles revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mouvement de rotation des fluides dans l'enceinte axiale est obtenu en amenant lesdits fluides dans l'enceinte au moyen de canaux cylindriques dans la paroi de l'enceinte, l'axe de ces canaux et celui de l'enceinte n'étant pas sécants. 4 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'enceinte de mélange est de forme cylindrique ou conique tronquée, de longueur et d'angle d'ouverture appropriés. - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les canaux introduisant le fuel dans l'enceinte de mélange sont cylindriques, de diamètre et de nombre appropriés, et les canaux introduisant la vapeur sont également cylindriques, de diamètre et de nombre appropriés. 6 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'organe qui réalise la détente du mélange vapeur fuel est une buse munie d'orifices cylindriques de nombre et de diamètre appropriés, les axes de ces orifices étant régulièrement répartis sur cône co-axial à la chambre de mélange et dont l'angle d'ouverture est adapté au brûleur et à la forme de flamme désirée.