Brevet FR2506897A1 — publié le 19821203

La présente invention concerne le domaine de la thermique et a notamment pour objet un brûleur à gaz. Il est plus avantageux d'appliquer la présente invention dans les fours métallurgiques et les fours de chauffage. Actuellement, le gaz naturel, qui est le combustible le moins cher, est utilisé sur une échelle de plus en plus grande dans les fours de chauffage, les foursde traitement thermique et les fours de fusion, ainsi que dans des foyers centrales thermiques. Dans ces cas, on a intérêt à obtenir une combustion écnmique et assurant une haute température du gaz, par exemple en cas de fusion et de surchauffage d'alliages de métaux ferreux que la fonte et l'acier. Il est possible d'obtenir une températeur élevée dans les flammes de combustion du gaz en brillant le gaz dans une courte flamme et en élevant la tension thermique du volume de la flamme ardente. Ceci peut btre obtenu en optimisant les éléments constitutifs du brûleur à gaz, en amenant de l'airchauddanslebrtleur avant son mélange, ainsi qu'en chauffant le gaz avant son mélange avec de l'air. Mais ces méthodes, permettant d'assurer une combustion efficace du gaz, sont appliquées encore d'une manière insuffisante à cause de Itutilisation de brûleurs dont les conceptions ne satisfont souvent pas à ces objectifs.Plusieurs brûleurs ne peuvent pas fonctionner d'une manière efficace et fiable avec soufflage tant d'air chaud que froid, ne sont pas adaptés pour fonctionner en association avec des récupérateurs, ne permettent pas de brûler le gaz en un ensemble pour obtenir des flammes ardentes émettant la chaleur par radiation et assurant un chauffage rapide des métaux. On connais un brûleur à gaz et à mazout qui fonctionne sous basse pression et comporte des chambres cylindriques reliées entre elles : une chambre à gaz munie d'une tubulure latérale pour l'amenée du gaz et une chambre à air pourvue d'une tubulure latérale pour l'amenée de l'air (cf. le livre de Maizelis P.B., Vigdorchik D.Ya "Dispositifs de brûlage de gaz", Editions littéraires de la construction des bâtiments, Moscou, publié en 1964, page 282). A l'une i sextrémités, la chambre à gaz du brûleur est bouchée, tandis qu'à son autre extrémité elle est munie d'une plaque tubulaire à laquelle sont soudés des tubes distributeurs de gaz passant par la chambre à air au centre des orifices par lesquels sort l'air. Un embout faisant fonction de buse à orifices pour la sortie du gaz est vissé sur une extrémité de chaque tube distributeur de gaz. Au milieu du brûleur, suivant son axe, est disposé un tube dans lequel est engagé un tube muni d'une buse pour l'amenée du mazout. Ce brûleur est destiné principalement à brûler le gaz dans les foyers des chaudières, où la température des produits de combustion doit entre inférieure à celle régnant dans les fours métallurgiques utilisés pour la fusion de la fonte et de l'acier. Pour cette raison, on amène dans les brûleurs à gaz l'air froid. En cas d'utilisation dudit brûleur dans des fours de fusion pour atteindre la température de 18000C, il faut amener de l'air chauffé à une tempdrature de 4500 à 650"C. Dans ce cas, le gaz sera chauffé insuffisamment par l'air chaud par la transmission de la chaleur à travers les parois des tubes distributeurs de gaz, car du fait que les extrémités des tubes ouvertes du côté de la chambre à gaz, le gaz circulera en général par les parties centrales des tubes et ne passera pas près des parois chauffées.Cet inconvénient est aussi dû à ce que les orifices par lesquels débouche le gaz sont pratiqués dans les embouts-buses du côté des faces en bout des tubes distributeurs de gaz. En outre, la combustion du gaz à une haute température peut provoquer un endommagement des parois des embouts-buses par la fusion et l'accroissement des orifices de sortie du gaz dans ceux-ci, ce qui peut conduire à une distribution anormale du gaz par les tubes, à l'augmentation de la longueur des flammes, à la diminution des températures. On connaît des brûleurs mélangeurs à gaz et des brûleurs à gaz et à mazout fonctionnant sous une basse pression, qui comportent des tubes distributeurs de gaz traversant la chambre de distribution d'air (cf. le livre de Lavrov N.V., Popov V.M., Choubnikov A.V. "Combustion des gaz chauds-dans les dispositifs à foyer", Edition "Energuia", Moscou-Leningrad, publié en 1966, pages 118 à 119, et aussi le livre de Maizels N.B., Vigdortchik D.Ja. "Dispositifs brûleurs à gaz", Editions littéraires de la construction des bâtimentsn, publié en 1964, pages 200 à 203). Des buses ayant des canaux pour le passage du gaz sont vissées sur les extrémités des tubes distributeurs de gaz de ces brûleurs et sont disposées dans les tubulures de sortie d'air. Cependant, par suite des grandes distances entre les tubulures de sortie d'air et, par conséquent, entre les tubes distributeurs de gaz, ces brûleurs né peuvent entre utilisés que dans le cas où on a besoin d'obtenir des températues inférieures à celles des fours à gaz utilisés pour la fusion et la surchauffe des métaux et des alliages ferreux, notamment les chaudières à vapeur et chauffe-eau. En outre, en cas de combustion du gaz avec une flamme courte, les brûleurs sont caractérisés également par de grandes dimensions du corps et il y a un risque d'interruption de la flamme ainsi que de combustion du gaz dans les tubulures et de fusion de leurs parois ai l'on utilise l'air chaud et la combustion du gaz à une haute température. On connait aussi un brûleur à gaz comportant une buse convergente au centre de laquelle est disposé un tube distributeur de gaz (cf. le certificat d'auteur URSS nO 241353 A 21d 44/10, F 27c 1/10. Les orifices pour la sortie du gaz sont pratiqués sur une extrémité du tube en quinconce.Le tube distributeur de gaz se dégage au-delà de la tranche de la buse, ce qui permet de mélanger le gaz avec de l'air à la sortie et en dehors des limites de la buse. Ces brûleurs permettent de brûler le gaz dans un courant d'air chaud.Cependant, on ne peut obtenir une combustion à flamme courte du gaz qu'à condition que le diamètre du tube distributeur de gaz ne dépasse pas 40 mm et que le diamètre du tube distributeur de gaz soit choisi de manière que le passage annulaire libre pour l'air formé entre les parois de la buse et ledit tube soit égal ou inférieur à 9 mm. En outre, pour les moyens de soufflage classiques, la vitesse de l'air chaud dans la buse du brûleur ne doit pas être supérieure à 80 m/s. Cette valeur est limitée par les conditions gazodynamiques. Il s'ensuit que le rendement d'un tel brûleur est très faible. Pour assurer la combustion à haute température d'une grande quantité de gaz mélangé avec de l'air chaud, il faut équiper le groupe thermique d'un grand nombre de brûleurs. La distance entre les lignes axiales des buses desdits brûleurs doit être obligatoirement supérieure à 2 ou 3 fois le diamètre de la buse pour la sortie de l'air, ce qui complique le système de combustion du gaz, rend difficile la réparation du revêtement des tunnels des brûleurs, augmente la consommation de matériaux réfractaires pour la construction des tunnels. On connait aussi un brûleur à gaz, qui peut être considéré comme le brûleur connu le plus proche de celui de la présente invention et qui comporte des tubes installés dans la chambre du tube distributeur de gaz et pourvus d'orifices pratiqués coaxialement (cf. le livre de A.V. Aroseev "Combustion du gaz naturel", Editions littéraires de la métallurgie des métaux ferreux et non ferreux, Moscoupage 207). Cependant, ce brûleur est caractérisé par une faible efficacité de la combustion du gaz, car la tension de la flamme de combustion insuffisamment élevée par suite du grand volume de la flamme totale de la combustion. On s'est donc proposé de mettre au point un brûleur à gaz assurant une combustion efficace du gaz avec une courte flamme. Ce problème est résolu à l'aide d'un brûleur à gaz comportant des tubes distributeurs de gaz dans lesquels sont pratiqués des orifices de sortie disposés axialement et qui sont montés dans une chambre, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'une cloison pourvue d'orifice disposés régulièrement suivant son périmètre et servant à orienter le gaz se déplaçant dans le tube vers sa périphérie, est montée dans la zone d'entrée de chaque tube distributeur de gaz, perpendiculairement à la direction du déplacement du gaz dans celui-ci. Gracie à cette réalisation constructive du brûleur, on obtient l'orqentation des jets de gaz vers les parois des tubes distributeurs de gaz et le déplacement du gaz près des parois desdits tubes, ce qui élève l'efficacité de la combustion du gaz. Dans chaque tube distributeur de gaz du brûleur revendiqué on a prévu additionnellement une rangée annulaire d'orifices disposés radialement, dont le diamètre d1 est égal au diamètre d2 des orifices de sortie disposés axialement et au diamètre d3 des orifices pratiqués dans la cloison transversale, et constitue 0,05 à 0,3 du diamètre D du tube distributeur de gaz. Cette réalisation constructive du tube di-stributeur de gaz assure la réduction de la bngueur de la flamme ardente totale et l'élévation de la température de sa combustion. Quand le diamètre d1 des orifices disposés radialement est inférieur à 0,05 du diamètre D du tube distributeur de gaz, la résistance opposée au mouvement du gaz par les orifices croit considérablement, la profondeur à laquelle le gaz pénètre dans le courant d'air pendant qu'il débouche des tubes distributeurs de gaz diminue, ce qui aboutit à une baisse de la température dans la flamme ardente. Quand le diamètre d1 des orifices disposés radialement est supérieur au diamètre D du tube distributeur de gaz, le nombre d'orificespar lesquels est alimenté chaque tube distributeur de gaz diminue. En conséquent, le gaz est distribué dans les tubes et se mélange avec l'air d'une manière insatisfaisante et, par conséquent, la température dans la flamme ardente décroît. Il est avantageux que les tubes distributeurs de gaz soient disposés dans la chambre du brûleur à gaz en rangées de façon que celles-ci se trouvent, par rapport aux parois de la chambre, à une distancelcomprise entre 1,0 et 12,5 fois le diamètre d3 des orifices pratiqués dans la cloison, et que la pas h entre les rangées soit compris entre 2 et 25 fois ce diamètre. Une telle disposition des tubes distributeurs de gaz assure un bon mélange du gaz avec de l'air aux valeurs nominales des longueurs des tubes distributeurs de gaz, et permet d'obtenir aussi une flamme de combustion courte à haute température. Quand les tubes distributeurs de gaz sont disposés, par rapport aux parois de la chambre, à une distance 1 inférieure au diamètre d3, et si le pas h entre les tubes est inférieur à deux fois ce diamètre, la résistance opposée au mouvement de l'air entre les tubes distributeurs de gaz croit considérablemait, la vitesse de l'air dans la section de sortie de la chambre augmente, l'air et le gaz se répartissent dans ladite section de sotie d'une manière irrégulière et le processus de combustion dans le tunnel du brûleur, adjacent à la chambre, devient anormal, la longueur de la flamme ardente augmente, la température de combustion diminue. Quand les tubes distributeurs de gaz sont disposés, relativement aux parois de la chambre du brûleur, à une distance 1 supérieure à 12, 5 fois le diamètre d3 des orifices de la cloison , et que le pas h entre les rangées des tubes distributeurs de gaz est supérieur à 25 fois le diamètre dg, les dimensions du brûleur et du tunnel du brûleur augmentent, le mélange du gaz avec l'air s'effectue d'une façon insatisfaisante, la tension thermique du volume du tunnel de brûleur diminue et la teipérature de combustion décroît elle aussi. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels :: - la figure 1 représente d'une manière schématique une vue d'ensemble du brûleur à gaz conforme à la présente invention en coupe longitudinale - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure I - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure I - la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la figure I - la figure 5 est une vue en coppe suivant V-V de la figure 7 ;; - la figure 6 illustre une variante de réalisation de la partie de sortie du brûleur à gaz, en coupe longitudinale - la figure 7 est une vue en coupe suivant VII-VII de la figure 6 - la figure 8 est une vue suivant la flèche "A" de la figure 6, dont la direction coIncide avec celle de l'axe du tube distributeur de gaz. Le brûleur à gaz comporte une chambre 1 (figures 1, 2) dans laquelle sont installés des tubes distributeurs à gaz 2 dans lesquels sont pratiqués des orifices de sortie 3. Une cloison 4 à orifices 5 pratiqués régulièrement suivant son périmètre et servant à orienter le gaz se déplaçant par le tube 2 vers sa périphérie. Les tubes distributeurs de gaz 2 sont branchés sur un collecteur de gaz 6. Selon la présente invention, il est possible d'appliquer différentes variantes de disposition des tubes distributeurs de gaz, co=e illustré sur les figures 3 à 8. Les figures 3 à 5 montrent la disposition des tubes distributeurs de gaz en deux rangées dans des plans verticaux,tandis que les figures 6 à 8 représentent la disposition des tubes en trois rangées dans des plans verticaux. Il est possible de disposer les tubes distributeurs de gaz en une rangée et en plusieurs rangées. En outre, dans chaque tube distributeur de gaz 2, on a prévu une rangée supplémentaire annulaire d'orifices 7 disposés radialement. Le diamètre d1 de ces orifices est égal au diamètre d2 des orifices de sortie 3 disposés axialement et au diamètre d3 des orifices 5 de la cloison transversale 4, et constitue 0,05 à 0,3 fois le diamètre D du tube distributeur de gaz 2. Les tubes distributeurs de gaz 2 sont disposés dans la chambre 1 en rangées de façon que les rangées e2trines de tubes distributeurs de gaz 2 soient situées, relative ;ent aux parois de la chambre 1, à une distance 1 constituant 1,0 à 12,5 fois le diamètre d3 des orifices 5 pratiqués dans la cloison 4, alors que le pas h entre les rangées de tubes 2 constitue 2 à 25 fois ce diamètre. Le brûleur à gaz fonctionne de la manière suivante. Dans la chambre 7, on refoule l'air chaud qui baigne et chauffe les parois des tubes distributeurs de gaz 2. Ensuite, on refoule le gaz dans le collecteur annulaire 6. Le gaz arrive dans les tubes distributeurs de gaz par les orifices 5 des cloisons transversales 4. Grtce à la disposition régulière des orifices 5 suivant le périmètre de chaque cloison 4, on obtient un mouvement du courant de gaz essentiellement près de la paroi du tube distributeur de gaz 2, ce qui intensifie le processus de transmission de chaleurds l'air chaud au gaz par l'intermédiaire des parois des tubes 2. Le gaz chauffé débouche des orifices axiaux et radiaux 3 et 7, respectivement, et pénètre dans l'espace de combustion où, en se mélangeant avec l'air chaud, il brûle. Grtce au chauffage préalable du gaz par la chaleur du courant chaud d'air, la longueur de la flamme diminue alors que la tension thermique de son volume augmente, ce qui aboutit à une élévation de sa température. Le brûleur à gaz revendiqué fonctionned'une manière stable aux faibles et aux grands débits d'air et de gaz, aux coefficients de débit d'air supérieurs ou inférieurs à 1, sans interruptions de la flamme. Le brûleur à gaz revendiqué peut être utilisé pour le gaz naturel, le gaz associé au pétrole, le gaz à l'air, l'hydrogène et d'autres gaz combustibles. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits , ainsi que leuiscombinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et uses en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Brûleur à gaz comportant des tubes distributeurs de gaz montés dans la chambre dudit brûleur et pourvus d'orifices de sortie disposés axialement, caractérisé en ce que dans la zone d'entrée de chaque tube distributeur de gaz (2)perpendiculairement à la direction du mouvement du gaz dans ledit tube, est montée une cloison (4) à orifices (5) disposés régulièrement suivant son périmètre et grâce auxquels le gaz se déplaçant dans le tube est dirigév & sa périphérie. 2. Brûleur à gaz conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que dans chaque tube distributeur degaz (2) est prévue en outre(7),unerangée annulaire d'orifices disposés radialement, dont le diamètre d1 est égal au diamètre d2 des orifices de sortie disposés axialement et au diamètre d3 des orifices (5) de la cloison (4), et constitue 0,05 à 0,3 du diamètre D du tube distributeur de gaz. 3. Brûleur à gaz conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes distributeurs de gaz (2) sont disposés en rangées de manière que les rangées extrmes de tubes soient situées, relativement aux parois de la chambre, à une distance 1 constituant 1,0 à 12,5 fois le diamètre d3 des orifices (5) pratiqués dans la cloison (4) , tandis que le pas h entre les rangées de tubes est compris entre 2 et 25 fois la valeur de ce diamètre.