Brevet FR2533670A1 — publié le 19840330

TUBE RADIANT La presente invention s'applique au domaine du chauffage au gaz des fours pour le traitement physico-chimique des pièces en métallurgie et en construction mécanique, et notamment des tubes radiants. Elle peut être appliquee aux tubes radiants droits,en épingle à cheveux ou en U, simple ou double. On connaît un tube radiant à gaz en épingle simple, comprenant dans la branche portant le brûleur une virole centrale d'air, reliée à une chambre de distribution d'air (perforée). Un tube de gaz est introduit dans le canal annulaire entre la virole 'centrale d'air et le corps radiant du tube. Des tubes radiants en épingle équipés d'un tel brûleur sont fabriqués par la firme américaine "Holkroft" (voir, par exemple l'ouvrage "Les tubes radiants à gaz modernes des fours métallurgiques1' par Kreinin E.V.sltoscou, 1979, p. 7, fig. 3a). Un inconvenient de ce type de tube radiant reside dans l'admission unilatérale du gaz au brûleur, aussi le mélange air-gaz primaire se formant dans le canal annulaire est-il de composition hétérogène. Le retour de la flamme à certains régimes et la stabilisation de la combustion sur la partie divergente de la virole centrale d'air provoquent la surchauffe locale de celle-ci, la décomposition thermique du gaz naturel dans le canal annulaire et la précipitation de suie, ainsi qu'un resserrement de la plage utile de regulation du tube radiant en puissance et une distribution irregulière de l'échauffement du corps radiant suivant la longueur. On connaît un autre tube radiant en épingle, dans le brûleur duquel, entre la virole centrale d'amenée d'air à forme cylindro-divergente et le corps radiant, est montée une cloison, et dans la paroi transversale arrière duquel sont percés un trou central et des trous périphériques pour la séparation de l'air en air secondaire et en air primaire respectivement (voir, par exemple, le certificat d'auteur de 1'URSS nO 623058). Un inconvénient de ce type de tube radiant connu réside dans la formation de suie dans le canal annulaire entre la virole d'amenée d'air et le corps radiant du tube, par suite du retour de la flamme à la section de la cloison et de la surchauffe subséquente du mélange air-gaz primaire jusqu'à la température de début de décomposition thermique du gaz naturel. L'un des buts de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés plus haut pour les tubes radiants de type connu. On se propose de créer un tube radiant de conception telle qu'il assurela prévention intégrale de la precipitation de suie dans le tube radiant, une plage utile etendue de réglage du tube radiant en puissance et un échauffement uniforme de son corps radiant suivant la longueur, grâce à la modification de la conception du brûleur. La solution consiste en un tube radiant à corps radiant en U ou en epingle à cheveux, à l'intérneur de l'une des branches duquel est disposé un brûleur, comprenant une virole cylindrique d'amenée d'air avec des tronçons d'entrée et de sortie, montée coaxialement dans le corps de façon à former un canal annulaire, qui est doté à l'entrée d'une cloison transversale avec des trous situés au centre et à la périphérie pour le passage de l'air, et un collecteur de gaz avec une tuyère de sortie, carac térise en ce que le collecteur de gaz du brûleur presente une forlane annulaire et est formé par le tronçon d'entrée de la virole d'amenée d'air et une cloison située entre la virole d'amenée d'air et le corps radiant, des trous étant ménagés dans la cloison pour que la distribution du gaz soit uniforme. I1 est avantageux de disposer une rondelle d'étranglement dans le canal annulaire forme entre le tronçon de sortie de la virole d'amenée d'air et le corps radiant, et de donner au rapport entre le diamètre ex térieur du tronçon de sortie de la virole d'amenée d'air et le diametre intérieur du corps radiant une valeur comprise entre 0,8 et 0,95. En outre, il est avantageux de prévoir, dans l'axe du tronçon d'entrée de la virole d'amenée d'air, un tube susceptible d'etre déplacé longitudinalement et comportant un embout conique à son extrémité située du côté de la sortie du brûleur. Une telle réalisation du brûleur du tube radiant empêche le retour de la flamme à l'intérieur du canal annulaire entre la virole d'amenée d'air et le corps radiant et assure l'uniformité de la composition du mélange air-gaz primaire suivant le périmètre dudit canal annulaire. De la sorte, on assure le fonctionnement fiable du tube radiant avec un echauffement uniforme de son corps radiant suivant sa longueur, dans une plage étendue de régulation de la puissance. D'autres buts, avantages et caracteristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 représente schématiquement un tube radiant en épingle ou en U selon l'invention; - la figure 2 représente le brûleur du tube radiant; - la figure 3 est un graphique expliquant le fonctionnement du tube radiant. Le tube radiant en épingle simple ou en U (il peut être en épingle double ou d'une autre forme), représenté à titre d'exemple sur la figure 1, comprend, d'après l'invention, un corps radiant 1, dans l'une des branches duquel est placé un brûleur 2 et dans la seconde branche duquel est dispose un récupérateur 3 à haute efficacité. Le brûleur 2 du tube radiant (figure 2) comporte un tube 4 de gaz, un collecteur annulaire 5 de gaz constitue par le tronçon 6 d'entre de la virole d'amenée d'air et une cloison 7. Dans la cloison 7 sont pratiqués des trous 8 pour la distribution- uniforme du gaz. Entre le corps radiant 1 et le tronçon 9 de sortie de la virole d'amenée d'air est placee une rondelle 10 d'étranglement. Dans l'axe du tron çon 6 d'entrée de la virole d'amenée d'air, est disposé un tube mobile 11, portant à une extrémité un embout conique 12 et, à l'autre extrémite, un regard 13. Le tronçon 6 d'entrée de la virole d'amenée d'air est relié à une cloison transversale 14 dotée d'un trou central 15 et de trous periphériques 16 pour le passage de l'air. Le fonctionnement du tube radiant s'effectue de la façon suivante. L'air froid est admis dans le réçupérateur 3,à haute efficacité, dans lequel il est réchauffé jusqu'à 300-400 C et'où il est introduit au brûleur 2 (figure 1) où (figure 2) il se divise en deux flux: l'un traverse le trou central 15, constitué par le tronçon 6 d'entrée de la virole d'amenée d'air, et l'autre passe à travers les trous périphériques 16. Le gaz est admis au brûleur 2 par le tube 4 et il entre dans le collecteur annulaire de gaz 5, d'où il est uniformément distribué par les trous 8 et arrive dans ltenceinte formee par la cloison 7 et le corps radiant 1. Dans cette enceinte, le gaz se mélange à l'air primaire, puis le mélange air-gaz ainsi prépare entre dans le canal annulaire entre le tronçon 9 de sortie de la virole d'amenée d'air et le corps radiant 1. Pour prévenir les retours de flamme entre le tronçon d'entrée 6 et le tronçon de sortie 9, il est prévu une rondelle d'étranglement 10 montée transversalement. Al'ouverture du tronçon 9 de sortie de la virole d'amenée d'air, le mélange primaire air-gaz se mélange avec l'air secondaire et forme une flamme étalée le long de la paroi intérieure du corps radiant 1. Les produits de combustion passent à travers le récupérateur 3 oû ils se refroidissement jusqu'à 400-600 C, puis ils s'echappent du tube radiant. La circulation du mélange air-gaz le long du tronçon 9 de sortie de la virole d'amenée d'air à une vitesse supérieure à la vitesse de propagation de la flamme, empêche les retours de flamme. La rondelle d'étranglement 10 diminue encore plus le risque des retours de flamme. Pour trouver la valeur optimale du rapport entre le diamètre du tronçon 9 de sortie de la virole d'amenée d'air et le diamètre intérieur du corps radiant 1 (ds/dc), on a réalisé une expérience spéciale sur un tube radiant en épingle simple de 152 mm de diamètre (dc-= 132 mm), avec un débit de gaz de 1 m3/h.Les résultats de l'expérience sont résumes dans le tableau suivant: N0 ds/dc Résistance Retour de d'ordre de colonne flamme Observations de colonne mm d'eau 1 2 3 4 5 1 0,8 3 oui 1 traces de suie sur la virole d'amenée d'air 2 0,86 4 non pas de trace de suie 3 0,9 6 non pas de trace de suie 4 0,92 10 non pas de trace de suie 5 0,95 12 non pas de trace de suie 6 0,97 32 non pas de trace de suie, mais la flamme s'écarte de la virole Selon' ces donnees pour ds/dc 0,95 il n'y a ni retour de flamme, ni precipitation de suie, mais la grande vitesse du mélange air-gaz fait que la flamme s'établit à 350-450 mm de la section de sortie de la virole d'amenee d'air. C'est pourquoi le rapport optimal s'établit à 0,8 La figure 3 represente le releve expérimental de la distribution de la température dans le corps radiant 1, sur la longueur du tronçon de sortie 9 de la virole d'amenee d'air. Dans l'exemple de réalisation selon l'état de la technique (par exemple selon le certificat d'auteur de l'URSS n" 623 058), la réaction du mélange primaire air-gaz se manifeste par un échauffement du corps radiant (courbe "a"), aussi la précipitation de suie est-elle à prévoir. Dans l'exemple de réalisation selon la presente invention, le mélange air-gaz n'est pratiquement pas réchauffé (courbe "b"), aussi ne peut-il y avoir de précipitation de suie. Pour le réglage de la proportion entre l'air primaire et l'air secondaire, il est prévu dans le brûleur 2 (figure 2) un tube 11 avec un embout conique 12. Par introduction de cet embout 12 dans le trou 15, on diminue la section de passage de l'air secondaire, ce qui se traduit par une augmentation de la quantité relative d'air primaire. L'utilisation du tube 11 est particulierement importante lors du réglage de la combustion'dans les tubes radiants. De la sorte, le tube radiant selon l'invention supprime intégralement la précipitation de suie dans son enceinte, assure un échauffement uniforme du corps radiant, grâce à l'étalement effectif de la flamme dans la branche du tube du côté du brûleur, et permet la combustion dans une plage étendue de régulation du débit de gaz (1/15), avec un débit d'air optimal (le coefficient de débit d'air pour la combustion dans le tube radiant selon l'invention est a = 1,03 à 1,1). REVENDICATIONS 1.- Tube radiant à corps radiant en epingle à cheveux ou en U, à l'intérieurdel'une des branches duquel est dispose un brûleur comprenant une virole cylindrique d'amenée d'air avec des tronçons d'entrée et de sortie, montés coaxialement dans le corps de façon à former un canal annulaire, qui est doté à l'entrée d'une cloison transversale avec des trous situés au centre et à la périphérie pour le passage de l'air, et un collecteur de gaz avec une tuyère de sortie, caractérisé en ce que le collecteur (5) de gaz du brûleur (2) presente une forme annulaire et est forme par le tronçon (6) d'entrée de la virole d'amenée d'air et une cloison (7) située entre la virole d'amenée d'air et le corps radiant (1), des trous (8) étant ménagés dans la cloison (7) pour que la distribution du gaz soit uniforme. 2.- Tube radiant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une rondelle d'étranglement (10) est disposée dans le canal annulaire forme entre le tronçon (9) de sortie de la virole d'amenee d'air et le corps radiant (1). 3.- Tube radiant selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le canal annulaire, le rapport entre le diamètre extérieur du tronçon de sortie (9) de la virole d'amenée d'air et le diamètre intérieur du corps radiant (1) est compris entre 0,8 à 0,95. 4.- Tube radiant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu dans l'axe du tronçon (6) d'entrée de la virole d'amenée d'air, un tube (11) susceptible d'être déplacé longitudinalement et comportant un embout conique (12) à son extrémité située du côté de la sortie du brûleur (2).