Brevet FR2527312A1 — publié le 19831125

"Brdleur radiant pour un fonctionnement mixte avec flamme aplatie s'étendant en direction radiale." L'invention concerne un bruiteur radiant avec flamme aplatie s'étendant en direction radiale, qui peut être utilisé pour l'exécution de procédés à la chaleur, de traitements à chaud, de fusion ou de combustion, surtout dans les domaines de la métallurgie, de l'industrie céra- mique et de l'industrie de traitement et de transformation des métaux. Les brdleurs radiants avec flamme aplatie stétendant en direction radiale servent au transfert intense, mais effectué avec ménagement, de l'énergie dégagée par le combustible pendant la combustion, sur le produit traité å chaud. Un autre objectif est une grande homogénéité comparative de la température dans la chambre de combustion. Cet effet est obtenu dans les brssleurs radiants, en ce que les gaz chauds brûlés redonnent leur chaleur, grâce à la structure appropriée du système de mélange et de la brique entourant le brûleur, au matériau le plus souvent en céramique constituant la brique de brdleur et aux parois attenantes du four. Il en résulte un rayonnement intense du corps solide avec une densité élevée du flux de chaleur dans les zones de température élevées, et un transfert ménagé de la chaleur sur le produit traité à chaud. Les bradeurs radiants se différencient entre eux avant tout par les points suivants : - le mode d'alimentation en combustible et en air de com bustion, - le mode de mélange du combustible avec l'air de combus tion, - la forme de la brique du bradeur et - l'angle formé par la flamme aplatie s'étendant en direc tion radiale et l'axe du bradeur, On peut citer comme exemple une solution technique selon laquelle l'alimentation en air et en gaz s'effectue par des tubes à disposition coaxiale, l'air étant amené par l'extérieur et le gaz par l'intérieur, en direction axiale, L'air est injecté en giration, à travers une teste s'élargissant en forme d'entonnoir avec des orifices disposés de façon tangentielle, dans au moins trois plans périphériques, tandis que le gaz de combustion pénètre dans les différents plans en direction axiale. Dans le cas dXun combustible à teneur élevée en hydrocarbures, un ajustage à une vitesse basse d'inflammation n'est pas possible, de sorte que l'on observe alors une stabilité insuffisante des flammes, en particulier dans le cas d'amorçage à froid, (brevet DD 69 659). Selon une autre solution technique connue, l'air est distribué par des orifices disposés sur un ou deux plans périphériques, de façon tangentielle, suivant un angle déterminé avec l'axe du brtleur. la pression réduite instaurée conduit à l'aspiration et au mélange avec le gaz de combustion amené pratiquement sans pression. L'ajustage à diverses conditions de travail, comme la température et la pression donnés de l'air de combustion, s'effectue par modification du diamètre et de l'angle des orifices d'alimPntation en air. Les solutions techniques existantes présentent dans l'ensemble les inconvénients suivants t I.- Pas de possibilité d'ajustage aux diverses condition de travail de l'utilisateur de façon à conserver les paramètres essentiels du brûleur sans modification de sa construction, 2.- Le comportement à la combustion de différents types de gaz ne présente pas de valeurs comparables, 3.- Un domaine de travail réduit avec des flammes se répan dant en direction axiale par rapport aux zones de ré glage possibles du brûleur, 4.- Le mode de fonctionnement à plusieurs carburants n'est possible que par des modifications structurelles. 5.- L'alimentation de l'air de combustion par de l'air sous pression élevée, 6.- Le phénomène d'usure sur le brûleur par suite d'une étanchéité insuffisante de la fente annulaire entre la gaine de combustion et les parois attenantes du four0 7.- Le régime de fonctionnement insuffisant, surtout dans le cas de températures du four inférieures à 8000C, ce qui produit une action néfaste, en particulier sur le fonctionnement de fours travaillant de façon périodique. L'invention a pour objectif de proposer un brdleur rayonnant avec une flamme aplatie en direction radiale, dans lequel s'effectue un transfert de chaleur intense par rayonnement du matériau céramique sur le produit traité à chaud, et ainsi, se produit une mise en oeuvre rationnelle de 1' énergie. A cet effet, l'invention doit mettre au point un brûleur radiant avec une flamme aplatie s'6tendant en direction radiale, dont les paramètres puissent entre conser- vés même avec des conditions variées de fonctionnement, sans modification de structure, qui présente un bon comportement à l'inflammation, dont la stabilité de flamme demeure satisfaisante m8me pour des températures de four inférieures à 8000C, qui présente une grande zone de travail comme brûleur à flamme aplatie par rapport à sa zone de réglage possible, qui permette le mode de fonctionnement mixte et dont la structure empêche l'abrasion par les gaz chauds de rejet.L'invention concerne un brûleur radiant pour mode de fonctionnement mixte, avec flamme aplatie s'étendant en direction radiale, qui consiste en un canal de combustion stévasant en forme de trompette dans la brique de brûleur, et sur les parois- environnantes du four. Cela conduit à un transfert calorique élevé des gaz chauds de rejet, vers le matériau céramique de la brique du brûleur et de la paroi du four. I1 en résulte à nouveau un transfert de chaleur intense par rayonnement du matériau céramique sur le produit traité à chaud. Un autre effet est constitué par l'aspiration des gaz de rejet de la chambre du four, suite à quoi il s'instaure dans l'atmosphère du four une modération relative de la température. La solution technique suivante assure une flamme aplatie s'étendant en direction radiale. le combustible et l'air de combustion sont amenés à travers des tubes disposés de façon coaxiale, dans un système de mélange et de giration. Les tubes d'alimen- tation transportent de l'intérieur vers l'extérieur les agents combustibles liquides, gaz de combustion et air. Le gaz de combustion et le combustible liquide pénètrent dans le volume de mélange suivant un plan. L'alimentation en gaz de combustion s'effectue suivant l'invention, à travers des orifices inclinés disposés à distance égale de l'axe du brûleur et forme un angle % avec cet axe. Il en résulte en particulier, lors de la mise en oeuvre de gaz de combustion riches en gaz inerte, le maintien d'une zone de travail étendue en tant que brQ leur à flamme aplatie. L'alimentation en combustible peut etre dé- placée, à l'intérieur du système de mélange, dans la direction de l'ase du brûleur. Le mélange de l'air de combustion avec le gaz de combustion est réalisé selon l'invention, à l'aide de tôles de guidage disposées dans une pièce de mélange en formant un angle ol avec l'axe du brûleur; ces tôles débouchent dans un mélangeur. Le reflux du mélangeur conduit à une arrivée de l'air de combustion dans la chambre de mélange, en direction radiale aussi bien que tangentielle, par rapport à un plan périphérique, la partie radiale étant utilisée de façon équivalente au profit de la partie tangentielle, dans le sens de l'écoulement. I1 en résulte, conformément à l'invention, un bon comportement au démarrage à froid, et une giration satisfaisante même dans les domaines de faibles sollicitations. Le mélangeur dans la chambre de mélange forme, selon l'invention, avec un plan perpendiculaire à l'axe du brûleur, un angle B , qui détermine la spirale de sortie des gaz chauds de rejet à l'intérieur du canal de combustion et à partir de la brique réfractaire, et aussi des temps de mélange et de combustion, détermine enfin la stabilité de la flamme. L'alimentation en carburant réglable, permet d'assurer, en modifiant la température de l'air de combustion et ajustant le réglage de l'alimentation en carburant, la conservation de tous les paramètres du brûleur mis en évidence en utilisant de l'air froid. Il est en outre possible d'ajuster le brQ- leur aux conditions d'entrée de l'utilisateur, en particulier à la température et la pression données de l'air de combustion, en réalisant des paramètres de sortie optimales, comme par exemple dans la zone de travail du brûleur à flamme aplatie. La lance à carburant liquide peut rester dans la zone centrale du brûleur, même pendant que celui-ci fonctionne au gaz, et permet ainsi, par une commutation simple, pendant l'exploitation, un mode véritable de fonctionnement mixte. Lorsqu'on ne dispose pas de carburant liquide chaud, la lance à carburant liquide peut être remplacée par un brûleur témoin ou un dispositif d'allumage et de surveillance. Pour l'introduction de la partie mélangeur dans la partie cylindrique du canal de combustion dans la brique réfractaire, il est prévu un recouvrement, qui emp8che la destruction de la circulation giratoire du courant par frottement dans d'éventuels fentes annulaires. Pour prolonger la durée de vie du brtleur la brique du brûleur est conçue de façon à servir de butée pour l'introduction du matériau d'étanchéité dans la fente annulaire entre le brûleur et les parois environnantes du four. La construction permet uns finition simple et l'emploi de pièces en fonte. L'invention sera mieux comprise en regard des dessins annexés dans lesquels, les figures représen- tent 2 - figure 1 s brûleur radiant fonctionnant avec plusieurs matières, avec une flamme plate s'étendant radialement, et avec une conformation giratoire variable, - figure 2 t pièce de mélangez - figure 3 2 anneau de giration pour le gaz de combustion. Le gaz de combustion est amené au brûleur à travers le tube I d'alimentation en gaz. La pénétration dans la chambre de mélange 2 s'effectue à travers l'anneau de giration des gaz 3, qui est muni d'orifices inclinés 16 (figure 3) formant avec l'axe du brûleur un angle plus grand que 200 et plus petit que 400. Le tube de guidage 4 peut être muni, selon les circonstances, d'une lance à carburant liquide, d'un brûleur témoin ou d'un dispositif de surveillance de l'allumage et de la flamme. L'air de combustion arrive à travers le carter 5 du brûleur et le tube 13 d'alimentation en air, à la pièce de mélange 6. Dans cette pièce (figure 2) il est conféré à l'air de combustion, un écoulement giratoire nécessaire à l'obtention de la flamme aplatie. La pièce 6 comporte des tôles de guidage 14, qui forment avec l'axe du brûleur un angle plus grand que 200 et plus petit que 400. Ces tôles de guidage 14 débouchent dans un mélangeur 7, qui laisse pénétrer l'air de combustion dans la chambre de mélange 2, dans un plan perpendiculaire à l'axe du bru- leur, sous un angle plus grand que 100 et plus petit que 304. Dans la chambre de mélange commence un mélange intense du carburant avec l'air de combustion, avec un mouvement de rotation simultané, qui se poursuit dans la partie cylindrique du canal de combustion 15, à l'intérieur de la brique de brûleur, et qui conduit à l'écoulement des produits de combustion chauds obtenus, à travers la chambre intérieure élargie en forme de trompette de la brique de brûleur. La modification de l'écoulement giratoire, dans sa valeur absolue, est rendue possible par le déplacement du tube d'alimentation en gaz 1 dans la pièce de mélange 2, à l'aide d'un dispositif de réglage 9. Pour éviter que l'dcoulement giratoire soit perturbé, le passage 10 de la pièce de mélange 6 vers la partie cylindrique du canal de combustion 15, pré sente une conformation en recouvrement. Pour calfeutrer le brûleur vis-à-vis des parois environnantes du four, il est prévu dans la brique de brûleur 8 une butée 11 pour l'introduction du matériau d'étanchéité. La brique de brûleur 8 est reliée aux autres parties du brûleur au moyen du bottier 12 de la brique de brûleur. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Brflleur radiant Pour fonctionnement mixte, avec flamme aplatie s'tendant en direction radiale, produite par l'écoulement des volumes de gaz et d'air de combustion mis en rotation, qui affluent à travers la brique de brdleur s'évasant en forme de cloche, brûleur carac- térisé en ce que les tubes d'alimentation en gaz (1) et en air (13), disposés de façon coaxiale, débouchent dans un système de mélange et de giration, le conduit (4) débouchant dans la chambre de mélange (2) et le tube d'alimentation en gaz (1) sont situés dans un plan, et en ce que le tube d'alimentation en gaz (1) à l'extrémité duquel se trouve un anneau de giration des gaz (3), comporte des orifices inclinés disposés sur cet anneau et situés à une distance égale de l'axe du brûleur, et que ce tube (1 )- peut être déplacé axialement dans la direction de l'axe du b- leur, à l'intérieur du dispositif de giration de l'air, que pour effectuer le mélange de l'air et du gaz, la pièce de mélange (6) comporte des tôles de guidage (14) qui débouchent dans un mélangeur (7), en ce que le passage de la pièce de mélange (6) à la partie cylindrique du canal de combustion (15) dans la brique de brûleur (8) est constituée en recouvrement, et que le diamètre de la brique de brûleur (8) est supérieur, sur toute ou partie de sa longueur, au diamètre du boitier de la brique de brûleur (12), de sorte que pour calfeutrer la fente annulaire entre le brdleur et les parois du four, l'arête créée, serve de butée à l'introduction du matériau d'étanchéité. 2.- Brûleur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les tôles de guidage (14) sont disposées à l'intérieur du dispositif de giration d'air, en formant un angle &alpha; compris entre 20 et 40-degrés avec l'axe du brûleur. 3.- Brûleur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tôles de guidage (14) débouchent dans le mélangeur (7), qui laisse pénétrer l'air de combustion dans la chambre de mélange, et dans un plan perpendiculaire à l'axe du brûleur, sous un angle t compris entre 10 et 30 degrés. 4.- Brtleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'introduction des gaz de combustion dans la chambre de mélange (2) s'effectue à travers des orifices inclinés (16) qui forment avec l'ase du brûleur un angle r compris entre 20 et 40 degrés