Brevet FR2530318A1 — publié le 19840120

Procédé pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique et brûleur pour, un tel gaz. La présente invention concerne un procédé pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique et un brûleur pour brûler un tel gaz; elle concerne plus particulièrement un procédé pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique, tel qu'un gaz de haut fourneau, sous une charge de combustion élevée et pour obtenir une flamme stable sur une large plage de con- ditions de fonctionnement, et un brûleur pour obtenir cette combustion suffisante d'un gaz à faible pouvoir calorifique. Du fait qu'un gaz à faible pouvoir calorifique, tel qu'un gaz de haut fourneau, brûle mal, on a estimé jusqu'ici qu'il était difficile d'utiliser un tel gaz lorsqu'une combustion sous charge élevée est nécessaire et qu'en outre on exige que les flammes soient stables sur une large plage-de condition de fonctionnement, comme c'est le cas d'un brûleur de turbine à gaz En conséquence, jusqu'ici, on ajoutait communément un combustible à pouvoir calorifique élevé comme combustible supplémentaire au gaz à faible pouvoir calorifique Cepen- dant, une telle addition de combustible à pouvoir calorifique élevé dansle cas de la combustion d'un gaz à faible pouvoir calorifique est désavantageuse du point de vue du coût de fonc- tionnement et comme moyen de substitution d'une énergie hau- tement calorifique En conséquence, on a souhaité trouver un procédé assurant une combustion suffisante et stable des gaz a faible pouvoir calorifique sans ajouter de combustible à pouvoir calorifique élevé, ainsi qu'un brûleur pour réaliser cette combustion. Un but de la présente invention est de procurer un procédé de combustion, dans lequel on peut br ler un gaz à faible pouvoir calorifique sans ajouter de combustible à pouvoir calorifique élevé. Un autre but de la présente invention est de procurer un pro- cédé de combustion, dans lequel on peut brûler de façon sta- ble un gaz à faible pouvoir calorifique sous une charge de combustion éleve et sur une large plage de conditions de fonctionnement. t 5 Un autre but de la présente invention est de procurer un brû- leur pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique, appro- prié pour iettre en oeuvre le procédé de combustion décrit c 5 des sus ?a présents nventb-ion propose qu'une partie du gaz à faible o-uvor c'orirque soie dérivée, mélangée à de l'air à un r 2 rpr-rt air/comnbustible pratiquement théoricque et brûlée de -agon à former des flammes pilotes stables, tandis que la hchnaiour dégagée des flammes pilotes est utilisée pour mainte- nir une combustion stable du gaz à faible pouvoir calorifi- -que résiduel, sous forme de combustion principale. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-apras à titre d'exemple seulement, d'unre wéalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel: la figure 1 est une vue en plan montrant une réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe prise selon la ligne II-II de la figure 1; et la figure 3 montre la relation entre le rapport de mélange air-gaz à faible pouvoir calorifique et la température des flammes. On va maintenant décrire une réalisation de la présente in- vention en se reportant-au dessin joint Sur les figures 1 et 2, au centre d'un brûleur, est prévu un atomiseur de com- bustible liquide 1; en partant de la position de cet atomi- seur 1 vers l'extérieur en direction de la périphérie du brûleur, on trouve successivement une couronne d'alimenta- tion en air 2 pour la flamme pilote, des trous d'injection 3 A du gaz à faible pouvoir calorifique pour la flamme pilote, une couronne d'alimentation en gaz à faible pouvoir calori- fique 4 pour la combustion principale et une couronne d'ali- mentation en air 5 pour la combustion principale La couronne d'alimentation en air 2 pour la flamme pilote comporte une multiplicité d'aubes 2 A pour faire tourbillonner le courant d'air, et les trous d'injection du gaz à faible pouvoir calo- rifique pour la flamme pilote sont constitués par de grands trous 3 A disposés à intervalles réguliers sur une circonféren- ce La couronne d'alimentation en gaz à faible pouvoir calo- rifique 4 comporte des aubes 4 A pour faire tourbillonner le courant de gaz, et la couronne d'alimentation en air 5 com- porte des aubes 5 A pour faire tourbillonner le courant d'air. Une alimentation en combustible liquide passe selon un tra- jet de combustible liquide 6 et est injectée par l'atomiseur de combustible liquide 1 L'air pour la flamme pilote suit un trajet d'air 9 défini par un tube intérieur de brûleur 7 et un carter extérieur de brûleur 8, puis il suit des trajets d'air 10 et 11 et est ensuite injecté en tourbillonnant à travers les fentes entre les aubes 2 A pour faire tourbillonner le courant d'air Le gaz à faible pouvoir calorifique pour la flamme pilote suit des chemins de gaz 12 et 13 et est en- suite injecté à travers les trous ronds 3 A. Le gaz à faible pouvoir calorifique pour la combustion prin- cipale suit des trajets de gaz 14, 15 et 16 et est ensuite injecté en tourbillonnant à travers les fentes entre les aubes 4 A pour faire tourbillonner le courant de gaz L'air pour la combustion principale suit des trajets d'air 9 et 17 et est ensuite injecté en tourbillonnant à travers les fentes entre les aubes 5 A pour faire tourbillonner le cou- rant d'air. Comme on l'a indiqué ci-dessus, le gaz à faible pouvoir calo- rifique provenant d'un équipement générateur de gaz, tel -qu'un haut fourneau dans la sidérurgie, est divisé en deux parties, à savoir une petite partie pour la flamme pilote et la partie restante pour la combustion principale, et chaque partie est injectée-par des ouvertures d'injection respectives Le gaz à faible pouvoir calorifique que l'on a dérivé pour la flamme pilote est alors mélangé avec de l'air pour la flamme pilote selon un rapport de mélange optimal tel qu'on le voit sur la figure 3 pour assurer une combustion suffisante et former une flamme pilote stable Le gaz à fai- ble pouvoir calorifique pour la combustion principale uti- lise la chaleur dégagée par la flamme pilote et, de ce fait, peut brûler de façon stable Ensuite, les variations des - conditions de fonctionnement du brûleur (variations du débit du gaz combustible d'alimentation) sont corrigées par le dé- bit du gaz à faible pouvoir calorifique pour la combustion principale grâce à une vanne de commande de débit montée dans la portion intermédiaire d'une tuyauterie (non repré- sentée), raccordée au trajet de gaz 14, et -le gaz à faible pouvoir calorifique pour la flamme pilote est amené à un débit prédéterminé constant, de sorte qu'on peut maintenir la stabilité de la flamme pilote en adoptant un rapport de mélange air-gaz à faible pouvoir calorifique optimal voisin du rapport de-mélange théorique pour une combustion suffi- sante. Tel qu'on l'a décrit ci-dessus, selon la présente invention, une partie du gaz à faible pouvoir calorifique est constam- ment dérivée à un débit prédéterminé et ce gaz dérivé forme de façon constante la flamxnrle pilote stable La combustion du gaz à faible pouvoir calorifique pour la combustion prin- cipale est maintenue par la chaleur dégagée par la flamme pilote, et les variations dans les conditions de fonctionne- ment du brûleur sont corrigées en réglant le débit du gaz à faible pouvoir calorifique pour la combustion principale de sorte qu'on peut obtenir des flammes stabilisés sous forte charge de combustion sur une large plage de conditions de fonctionnement. Revendicationsô 1 Procédé pour brûler un gaz à-faible pouvoir calorifique, caractérisé en ce qu'une partie du gaz à faible pouvoir calo- rifique est dérivée, mélangée constamment a de l'air pour une flamme pilote à un rapport de mélange optimal, et ensuite brûlée, et en ce qu'en outre les variations des conditions de fonctionnement d'un brûleur sont corrigées par le réglage de la partie restante du gaz à faible pouvoir calorifique pour la combustion principale. 2 Procédé pour brûlerungaz à faible pouvoir calorifique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce gaz est divisé en deux parties, à savoir une petite partie pour la flamme pilote et la partie restante pour la combustion prin- cipale, en ce que chaque partie est injectée par des ouver- tures d'injection respectives, et en ce que le gaz à faible pouvoir calorifique pour la flamme pilote est mélangé à de flair pour la flamme pilote à un rapport de mélange optimal pour la combustion de façon à former une flamme pilote stable. 3 > Procédé pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le débit du gaz à faible pouvoir calorifique pour la combustion principale est régie au moyen d'une vanne de réglage de débit pour mé- langer Igaz à faible pouvoir calorifique à l'air pour la combustion principale. 4 Brûleur pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique, caractérisé en ce que, depuis le centre du brûleur, en se dirigeant vers l'extérieur jusqu'à sa périphérie, on trouve successivement une ouverture d'injection d'air ( 2) pour la flamme pilote, une ouverture d'injection de gaz à faible pouvoir calorifique ( 3 A) pour la flamme pilote, une ouverture d'injection de gaz à faible pouvoir calorifique ( 4) pour la combustion principale et une ouverture d'injection d'air ( 5) pour la combustion principale. Brûleur pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture d'injection d'air ( 2) pour la flamme pilote, l'ouverture d'injection de gaz à faible pouvoir calorifique ( 3 A) pour la flamme pilote, l'ouverture d'injection de gaz à faible pou- voir calorifique ( 4) pour la combustion principale et l'ou- verture d'injection d'air ( 5) pour la combustion principale sont disposées respectivement sur dés zones concentriques. 6 Brûleur pour brûler un gaz à faible pouvoir calorifique selon la revendication 4, caractérisé en ce que des aubes - ( 2 A, 4 A, 5 A),destinées à créer une turbulence, sont prévues dans l'ouverture d'injection d'air pour la flamme pilote, dans l'ouverture d'injection de gaz à faible pouvoir calori- fique pour la combustion principale et dans l'ouverture d'in- jection d'air pour la combustion principale respectivement, et en ce que les ouvertures d'injection de gaz à faible pouvoir calorifique pour la flamme pilote sont constituées par une multiplicité de trous ronds ( 3 A).