Brevet FR2538880A1 — publié le 19840706

L'invention concerne essentiellement un procédé de pulvérisation d'un combustible liquide, par exemple un fuel lourd, par un fluide gazeux auxiliaire injectés sous pression dans un brûleur dans lequel le fuel, admis sous forme d'un flux d'alimentation central , est d'abord pulvérisé, puis mélangé au fluide gazeux admis périphériquement autour dudit flux central de façon à former avec lui une émulsion homogène qui émerge sous forme d'un jet au moins et rencontre un flux annulaire d'air comburant. La pulvérisation des combustibles liquides par un fluide gazeux auxiliaire est un procédé connu utilisé sur les brûleurs d'équipement de chauffe' industrielle du type torches, par exem ple les brûleurs pour incinérateurs, de fours de fusion de ferraille ou de fours de fusion de minerais et sur les brûleurs d'qui dément de chaudières pour la production d'eau chaude ou de vapeur. Le combustible liquide est généralement un fuel lourd du type n 2 selon les normes françaises ou du type à basse teneur en soufre. tes fluides auxiliaires sont soit de la vapeur d'eau à moyenne pression, soit de l'air comprimé, lénergie débit-masse de ces fluides étant utilisée pour obtenir une bonne pulvérisation du combustible liquide par effet dynamique et les brûleurs actuels sont essentiellement conçus pour ce type de pulvérisation. Ces fluides auxiliaires connus présentent certains inconvénients.: - la vapeur d'eau est un fluide inerte qui n'intervient pas dans la combustion. L'abaissement de température qu'elle entrain provoque un refroidissement de la flamme. Enfin, la vapeur d'eau est un fluide coûteux dont la production se fait avec un rende ment global asse faible. - l'air comprimé entraine des difficultés dans le démarrage à roid des brûleurs. I1 est obtenu au moyen de compresseurs dont le fonctionnement est peu souple et qui donne des ré-nes inter médiaires coûteux. L'air comprimé froid freine parfois le proces- sus de combustion en abaissant la température des composants CO et e) au sein même de la flamme. L'invention a rour but d'éviter les inconénier.ts susmentionnés et propose, à-cet effet, un procédé dans lequel le fluide auxiliaire gazeux utilisé est constitué par au moins un carbure d'hydrogène ayant au moins deux et au plus aix atomes de carbone et ayant un rapport C compris entre 1 et 1. Le procédé utilise 4donc, pour la pulvérisation d'un combustible liquide tel qu'un fuel riche en carbone comme ceux indiqués précédemment, un hydrocarbure gazeux, c'est-à-dire d'un fluide lui-même combustible qui a un nombre d'atomes de carbone suffisaxa- ment élevé pour assurer un haut pouvoir calorifique, ce qui permet d'obtenir un pouvoir émissif élevé de la flamme produite. La limite supérieure de six atomes de carbone s'explique par le fait que le fluide de pulvérisation doit être gazeux aux températures normales d'utilisation pour l'alimentation des brûleurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide gazeux auxiliaire et le combustible liquide sont admis avec des débits en poids DpA et DPL respectivement qui satisfont à la relation Cette gamme de débits permet d'assurer un débit-masse ayant une énergie suffisante pour permettre une pulvérisation satisfaisante du combustible liquide. Selon encore une antre caractéristique de l'invention, la pression d'injection du fluide gazeux auxiliaire est supérieure à 4 bars et inférieure-à 13 bars. Une telle pression est nécessaire à une impulsion suffisante pour assurer, dans le cas d'utilisation d'un carbure d'hydrogène comme pulvérisateur, l'obtention d'une émulsion homogène. L' invention vise également un brûleur pour la mise en oeuvre du procédé précité. D'autres caractéristiques-de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Le dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif montre de façon schématique un brûleur capable de servir à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On décrira le procédé en se référant au schéma annexé d'un brûleur à fuel lourd utilisant, comme fluide gazeux auxiliaire de pulvérisation, un carbure d 'hydrogène tel que le propane ou le butane. Le fuel est amené au brûleur, désigné d'une façon générale par la référence 1, par un conduit central d'adduction 2, il traverse une chambre de pulvérisation ou pulvérisateur 3 dans lequel il prend un mouvement de rotation intensif grâce à la présence, dans ladîte chambre, d'ailettes tangentielles et s'échappe ensuite, sous forme d'un jet pulvérisé, par l'orifice central 6 d'une pièce intermédiaire ou entretoise 5 pour arriver dans une chambre de mélange ou émulseur 8.Le carbure d'hydrogène est' amené ,par un conduit d'adduction 9, dans une enceinte de distribution 10 qui entoure le conduit central 2, il passe ensuite par un circuit externe périphérique constitué par des passages 4 et 7 prévus sur les pourtours respectifs de la chambre de pulvérisation 3 et de llen tretoise 5 pour arriver dans la chambre de mélange ou émulseur 8. Le fuel finement divisé et le carbure d'hydrogène se mélangent alors intimement pour produire une émulsion homogène qui débouche par les orifices d'éjection 12 du gicleur terminal de sortie 91 de 1' émulsion. L'air comburant est amené au brûleur par un conduit d'adduction 13 qui alimente un espace ou canal annulaire- 14 qui entoure lesdites chambres de pulvérisation 3 et due mélange 8 ainsi que le gicleur il et débouche à l'extrémité du brûleur, sensiblement en avant de l'endroit où débouchent les orifices d'éjection 12 du gicleur terminal 11. La valeur du débit du fuel est fonction à la fois de sa pression d'admission qui est de l'ordre de 8 à 12 barssde la pression d'admission du carbure d'hydrogène et des sections utiles de l'ori- fice central 6 et des passages périphériques 4 et 79 ce carbure d'hydrogène jouant un rôle moteur vis-à-vis du fuel et l'entrainant par effet dynamique. On utilise pour la pulvérisation du fuel des carbures d'hydrogène riches, c'est-à-dire ayant un nombre d'atomes de carbone entre 2 et 6 comme indiqué plus haut, donc ayant un pouvoir ca lorifiqae élevé, ces carbures d'hydrogène se trouvant en particulier dans les gaz de pétrole liquéfié. L'expérience a montré que des résultants particulièrement intéressants étaient obtenus avec les carbures d'hydrogène saturés en particulier avec le butane et le propane. La pratique a montré que pour assurer une pulvérisation suffisante du fuel les passages 4 et 7 du carbure d'hydrogène doivent avoir une section suffisante pour assurer un débit DFA en poids qui soit compris entre 5 et 10 ffi du débit DFX du fuel lourd. Une valeur préférentielle du débit DXA en particulier pour le propane et le butane, est DFA = 8 ffi x DF. La pratique a montré, également, que pour la pression dtinjec- tion du carbure d ' hydrogène dans la chambre de mélange doit être comprise entre 4 et 13 bars, ceci pour assurer une impulsion suf- fisante pour entraîner le fuel et obtenir une émulsion suffisamment fine. Dans le cas d'utilisation de butane ou de propane, une pres- sion préférentielle est de 7 bars. il convient enfin d'assurer aux jets d'émulsion homogène émergeant par les orifices d'éjection du gicleur terminal 11 une section suffisante pour que leur combustion dans le flux d'air comburant amené par le canal annulaire 14 soit complète, c'est-àdire qu'il ne se forme ni suie, ni imbrûlés. Outre l'intérêt de l'emploi de gaz riches du type gaz. de pétrole liquéfié tel que le butane et le propane, il existe encore d'autres avantages qui sont les suivants Le propane, lorsqu'il est stocké dans les réservoirs habituels et à une température ambiante suffisante, a une pression comprise dans la gamme 4 - 13 bars susmentionnée, de sorte qu'il peut être utilisé directement dans les brûleurs usuels, l'adjonction d'une surpression n'étant nécessaire que pendant quelques mois froids. Ces gaz riches, en raison même de leur teneur -en carbone élevée ne nuisent pas, lorsqu'ils sont associés à un fuel lourd, lui-même riche en carbone, au pouvoir émissif de la flamme. Un pouvoir émissif élevé améliore les transmissions calorifiques par rayonnement et entraîne, par conséquent, une amélioration du ren dement.Ceci constitue un avantage important par rapport à des gaz moins riches en carbone tels que le méthane par exemple. L'indice de Baccarach, c'est-à-dire le test permettant d'apprécier la teneur en imbrûlés des fumées de combustion dégagées, est inférieur, pour un même pourcentage d'air comburant, à celui que l'on trouve avec les procédés utilisant d'autres fluides gazeux auxiliaires pour pulvériser le liquide combustible tels que par exemple la vapeur d'eau, le rapport pouvant être de 1 à 3. Ceci reste vrai si l'o;n réduit le pourcentage d'air comburant à une valeur in férieure & l'égalité,en se rapprochant du rapport stoechiométique. (On trouve une différence encore plus grande si on compare le procédé selon l'invention avec les procedés dits à pulvérisation mécanique par -gicleurs). L'emploi d'un fluide pulvérisateur combustible à haut pouvoir calorifique permet d'obtenir une meilleure gazéification des gouttes de fuel pulvérisé dans une zone chaude créée par la combustion rapide du fluide pulvérisateur. L'apport thermique dû au fluide pulvérisateur combustible entraîne une température de la flamme qui est supérieure sur toute sa longueur à celle d'une flamme obtenue par les fluidesspulvé- risateurs antérieurement connus. La diminution de la teneur en imbrûlés de la flamme entraîne une augmentation du rendement de combustion ainsi qu'une diminution de la pollution. La pulvérisation au moyen d'un carbure d'hydrogène riche entraine une flamme plus courte dûe à une oxydation plus rapide du fuel, ceci dans les régions moyennes et terminales de la flamme. Ses réactions de combustion se font dans les meilleures conditions de température, ce qui constitue également un élément d'amélioration du rendement avec possibilité d'abaissement de la température des fumées en sortie suivant la nature des enceintes thermiques utilisées. On pourrait apporter aux modes de réalisation décrits et représentés de nombreuses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que l'on pourrait utiliser tous les carbures d'hydrogène autres que les carbures saturés pourvu qu' ils se trouvent dans les limites de teneurs en C et de C susmentionnés, ces limites assurant que le carbure d'hy H drogèneEse présente à l'état gazeux pour les températures de fonctionnement normal des brûleurs habituels. On pourrait également remplacer l'air comburant par de l'air enrichi en oxygène ou même par de l'oxygène pur. De même, on pourrait remplacer l'orifice central unique 6 de l'entretoise 5 par plusieurs orifices répartis sur une couronne ou même ayant une localisation quelconque. REVENDICATIONS 1. - Procédé de pulvérisation d'un combustible liquide, par exemple un fuel lourd, par un fluide gazeux auxiliaire injectés sous pression dans un brûleur dans-lequel le fuel, admis sous forme d'un flux d'alimentation central , est d'abord pulvérisé, puis mélangé au fluide admis périphériquement autour dudit flux central de façon à former avec lui une émulsion homogène qui émerge sous forme d'un jet au moins et rencontre un flux annulaire d'air comburant, caractérisé en ce que le fluide auxiliaire gazeux utilisé est constitué par au moins un carbure dthydrqgène ayant au moins deux et au plus six atomes de carbone et ayant un rapport C compris entre 1 et 1. E 4 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide gazeux auxiliaire et le combustible liquide sont admis avec des débits en poids DXA et DFL respectivement qui satisfont à la relation 3. - Procédé selon la revendication 2r caractérisé en ce que la pression d'injection du fluide gazeux auxiliaire est supérieure à 4 bars et inférieure à 13 bars. 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide gazeux auxiliaire précité est un carbure d'hydrogène saturé. 5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fluide gazeux auxiliaire précité est du propane ou du butane. 6. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide gazeux auxiliaire et le combustible liquide sont admis avec des débits respectifs DFA et DFL tels que iFA = DFL x 8 %. 7. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pression d'injection du fluide gazeux auxiliaire est de 7 bars. 8. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les jets émergeants d'émulsion homogène ont une section suffisante pour assurer une combustion complète dans le flux d'air comburant. 9. - Brûleur pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit central d'adduction de fuel (2) débouchant dans une chambre de pulvérisation (3), un conduit d'adduction d'un carbure d'hydrogène gazeux (9) débouchant dans une enceinte de distribution (10), ladite chambre de pulvérisation (3) et ladite enceinte de distribution (10) communiquant, par un orifice central (6) et des passages périphériques (4, 7) respectivement, avec une chambre de mélange (8) dans laquelle le fuel et le carbure d'hydrogène forment une émulsion, un gicleur terminal (11) muni d'orifices d'éjection (12) et un canal annulaire (14) entourant lesdites chambres de pulvérisation (3) et de mélange (8) ainsi que le gicleur (11) et délivrant l'air comburant nécessaire pour la combustion de l'émulsion fuel-carbure d'hydrogène.