Brevet FR2564181A1 — publié le 19851115

La présente invention concerne un brûleur pour foyer, notamment pour foyer industriel ou domestique. Les bruleurs selon l'art antérieur couvrent des plages de fonctionnement réduites, ctest- -dire que la plage de débit de combustible que peut brûler un brûleur donné est reduite. De ce fait, lorsque l'on sort de cette plage, il est nécessaire de remplacer au moins l'une des pièces du bruleur. Le brûleur selon l'invention évite cet inconvenient, et presente une grande souplesse de fonctionnement. I1 est ainsi apte à s'adapter à différents types de combustibles, en particulier dans le domaine des fuels lourds, et peut également s'adapter aux différentes configurations de foyers rencontrées dans la pratique. De plus, il diminue la teneur en produits polluants des gaz d'échappement notamment en oxydes d'azote. Le brûleur pour foyer selon la présente invention comporte un canon d'introduction d'un comburant primaire ou canon primaire, un canon d'introduction d'un comburant secondaire ou canon secondaire et un dispositif d'injection d'un combustible. I1 est caractérisé en ce que le canon primaire comporte à son extrémité faisant face au foyer un deflecteur-stabilisateur dont la perte de charge est reglable. Selon la présente invention, le canon secondaire pourra comporter à son extrémité un convergent destiné à diriger le comburant secondaire vers le comburant primaire. Le dispositif d'injection du combustible peut être situé à l'intérieur du canon primaire qui lui-même, peut être situé à l'intérieur du canon secondaire, ces trois organes pourront être sensiblement cylindriques et coaxiaux. Selon l'invention, la perte de charge d'un déflecteur-stabilisateur comportant une pluralité de passages délimités éventuellement par des aubes, peut être réglée par l'obturation de certains au moins desdits passages. Ces passages peuvent être obturés soit au cours d'une intervention manuelle préalablement au fonctionnement du brûleur, par exemple à laide d'un ciment, soit en cours de fonctionnement par un dispositif mécanique permettant par exemple le déplacement longitudinal d'un masque en amont dudit déflecteur. Le convergent du canon secondaire peut avoir une forme tronconique ayant un rapport A = Y / D compris entre 0,19 et 0,30, Y désigne la hauteur du tronc de cône formant le convergent et D le diamètre interieur du canon secondaire. Le rapport A pourra être préférentiellement voisin de 0,24, notamment dans le cas où l'extrémité du canon primaire faisant face au foyer et la plus grande base du tronc de cône appartiennent àun meme pian. Le demi angle au sommet a du convergent peut être compris entre 4" et 15 et préférentiellement entre 6" et 100. Le brûleur selon la présente invention peut comporter un déflecteur stabilisateur ayant des aubes, ainsi qu'un stabilisateur central de forme sensiblement cylindrique ayant une face frontale, les pieds desdits aubages entourent ledit stabilisateur central et sont placés en retrait par rapport à la face frontale du stabilisateur de telle sorte que le rapport B = X / d soit compris entre 0,15 et 0,22 et de preference voisin de 0,18, X désigne la distance séparant la face frontale des pieds des aubages et d designe le diametre interieur du canon primaire. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaitront plus clairement à la description qui suit, d'un exemple particulier, illustrée par les figures annexées, parmi lesquelles - la figure 1 représente une vue schematique du brûleur, - la figure la montre une vue schématique d'un masque sectoriel, - la figure 2 illustre de manière plus detaillee le déflecteur stabilisateur et le stabilisateur central, - la figure 3 illustre une vue frontale du brûleur, et - la figure 4 montre les performances obtenues pour le brûleur selon l'invention. Le dispositif décrit ci-apres, à titre d'exemple non limitatif, est adapté à l'utilisation d'un combustible liquide tel un fuel lourd. Sur la figure 1, la reference 1 désigne une canne d'injection de combustible qui permet d'alimenter le gicleur 2. Dans l'exemple illustré, ce gicleur est du type à retour de combustible. a référence 3 désigne la canalisation de retour du combustible. Bien entendu, on ne sortira pas du cadre de la presente invention en utilisant d'autres modes d'injection du combustible tels que, par exemple, la pulvérisation pneumatique. Le brûleur comporte au moins une canalisation d'introduction de l'air primaire, ou canon primaire, et une canalisation d'introduction de l'air secondaire, ou canon secondaire. Sur la figure 1, la référence 4 designe le canon primaire et la référence 5, le canon secondaire. Le canon primaire est logé dans le canon secondaire. Ces canaux sont sensiblement cylindriques et coaxiaux. La canne d'injection du combustible 1 est située à l'intérieur du canon primaire. Les flêches 6 désignent la veine d'air primaire et les flêches 7 la veine d'air secondaire. Les références 8 et 9 désignent respectivement les entrées d'air primaire et secondaire. Bien entendu, ces entrées peuvent être reliées à une même source d'air ou à deux sources differentes éventuellement par l'intermédiaire d'organes permettant de contrôler la distribution d'air entre les deux entres. Ces organes peuvent être constitues, par exemple, d'un ou de plusieurs volets. La distribution pourra être telle que l'air primaire puisse représenter 35 à 70 X de l'air total, les réglages optimaux sur le plan de la combustion se situant néanmoins entre 40 et 60 X. L'allumage du brûleur représente sur la figure 1 s'effectue grâce à un connecteur 10 comportant des électrodes 11 reliées à une source de haute tension par 'intermédiaire d'un câble. On remarque sur cette figure un emplacement 13 prévu dans le bru leur sensiblement au niveau de l'entrée de l'air secondaire, cet emplacement permettant d'introduire une cellule de détection de flamme. La tête du brûleur illustrée sur la figure 2 comporte un déflecteur-stabilisateur l4 désigne simplement par le terme de déflecteur dans la suite de ce texte. Ce déflecteur comporte une grille d'aubes 15 dont l'angle d'inclinaison sur l'axe est de préférence de l'ordre de 45 . Les ailettes 15, par exemple au nombre de dix-huit, peuvent être planes, ou avoir préférentiellement un profil semi-curviligne qui permet d'abaisser le coefficient de perte de charge intrinsèque, et donc la pression trcc de l'air aux forts débits calorifiques. Ce déflecteur 14 est disposé coexialement; à la canne d'injection de combustible 1, de telle sorte que si, ménagé un passage d'air de balayage au droit de l'inJecteur ou gicleur 2. Cet air de balayage s'échappe par un stabilisateur central 16 constituant le moyeu du déflecteur-stabilisateur 14. Le stabilisateur central 16, emboîte ans la couronne intérieure des pieds d'aubages 17 du déflecteur 14, comporte une plaque frontale 18 munie de lumières 19 de passage -'air ventuellement fraisées radialement (Fig. 3). Les électrcdes 11 sont situées d l'intérieur du stabilisateur.central ce qui permet notamment de les protéer du rayonnement de la flamme, il en est de même pour le gicleur 2. L'emploi du déflecteur-stabilisateur a aubages semi-curvilignes s'effectue comme suit - jusqu'a une vitesse d'approche d'air priraire de l'ordre de 25m/s, on maintient obstrué un espace 24 inter-aubages sur trois, ce bouchage pouvant entre très simplement réalisé par un ciment (Fig. 3) ou par l'application d'un masque sectoriel 25 ou de volets, sur la face amont du déflecteur - au delà, on rend au déflecteur toute sa section de passage d'air initiale. Ainsi, pour un brûleur selon l'invention couvrant une plage de debits allant de 50 à 300kg/h de fuel-oil lourd , l'obstruction partielle d'un tiers des sections de passage est valable pour des débits compris sensiblement entre 50 et 150kg/h. Au-delà de cette capacité thermique, la vitesse d'air primaire est suffisante pour faire retrouver au déflecteur ses possibilités intrinsèques de stabilisation de flamme sans artifice particulier. Cette obstruction, ou obturation, d'une fraction des -espaces inter-aubes du déflecteur principal permet a) Pour un débit d'air primaire donné, c'est-à-dire pour une répartition donnée des débits entre veines primaire et secondaire à capacité calorifique et excès d'azur fixés - d'accroltre la vitesse de cisaillement du jet de fuel par le jet d'air, facteur favorable à une bonne combustion ; - tout en maintenant l'effet de rotation favorable au bon mélange à proximité du brûleur ; - et de créer additionnellement des effets de sillage localisés, favorisant l'accrochage de la flamme. Pour respecter ces deux derniers effets, un bouchage ou obturation symétrique est souhaitable. Le bouchage de 1/3 préconisé permet de se maintenir dans des limites raisonnables de perte de charge a "fort" débit b) De pouvoir obtenir une vitesse de cisaillement air-fuel suffisante sans être oblige d'augmenter considérablement le débit d'air primaire, d'où une latitude de réglage accrue par rapport à un deflecteur non bouché. c) D'obtenir finalement, pour une perte de charge donnee, une meilleure combustion comparativement à un déflecteur selon l'art antérieur. La tette de brûleur se termine par un convergent tronconique 20 destiné à diriger convenablement le flux d'air secondaire 7. Le demi-angle au sommet de ce convergent 20 est compris entre 4 et 150 et de préférence entre 6 et 100. Cette dernière plage réduit de manière sensible les problèmes d'allumage et évite l'éclatement de la flamme. On désigne par Y la hauteur du tronc de cône et par D le diametre interne du canon secondaire. Le convergent sera avantageusement dimensionné de telle manière que la grandeur A definie par le rapport de Y sur D soit comprise entre 0,19 et 0,30 et préférentiellement sensiblement-égale à 0,24. Sur la figure 1, la grande base du convergent tronconique 20 est sensiblement situee sur le plan perpendiculaire à l'axe du brûleur passant par l'extrémité du canon primaire. En outre, on voit sur cette figure que les extrémités frontales 23 des tètes d'aubes appartiennent sensiblement à ce même plan. On designe par X la distance minimum separant la face frontale 18 du stabilisateur central 16 du plan perpendiculaire à l'axe du brûleur passant par le pied 17 des aubes 15 et par d le diamètre intérieur du canon primaire 4. La grandeur B définie par le rapport de X sur d sera avantageusement choisie dans l'intervalle compris entre 0,15 et 0,22 et de préférence voisine de 0,18. Des essais ont été effectués sur une chaudière à tubes d'eau de 2 'tonnes/heure de vapeur, le remplacement de l'équipement de chauffe existant par le brûleur selon l'invention équipé du déflecteur avec obstruction de 1/3 sous un débit de 130kg/h de fuel ordinaire n" 2 selon la specification française, a donné les résultats portés sur la courbe (Fig. 4). Sur cette figure, on a porte en abscisse la'excès d'air et en ordonne l'indice pondéral exprimé en milligrammes par kilowatt/heure qui correspond à la masse de poussière produite exprimée en milligrammes rapportée à l'unité d'énergie calorifique au brûleur exprimée en kilowatt/heure. La courbe 21 correspond à l'équipement de chauffe existant et la courbe 22 correspond aux performances obtenues par le brûleur selon la presente invention. On constate en particulier, que l'indice pondéral légal en France de 215mg/kWh peut être obtenu avec un exces d'air de 25 X, alors qu'avec l'équipement d'origine sous ce même excès d'air, l'émission d'imbrûlés solides atteint 440mg/kWh, soit le double de la valeur précédente. Ce rapport de 1 à 2 dans les résultats tend à se conserver avec des fuels spéciaux, particulierement riches en asphaltènes, pulvérisés par voie mécanique. I1 est bien entendu que la présente invention peut être appliquée dans le cas de bruleurs utilisant des combustibles solides pulvérisés transportés par un fluide vecteur à l'intérieur du dispositif d'injection du combustible tel que décrit ici, ou modifié en conséquence. Si le combustible est gazeux, il pourra être introduit dans le foyer par un dispositif disposé en amont ou aval du déflecteur, ou par une canne centrale. REVENDICATIONS 1. - Brûleur pour foyer comportant un canon (4) d'introduction d'un comburant primaire (6) ou canon primaire, un canon (5) d'introduction d'un comburant secondaire (7) ou canon secondaire et un dispositif d'injection d'un combustible (1), caractérisé en ce que le canon primaire (4) comporte à son extrémité faisant face au foyer un deflecteur-stabilisateur (14) dont la perte de charge est réglable. 2. - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canon secondaire (5) comporte à son extrémité debouchant dans le foyer un convergent (20) destiné à diriger le comburant secondaire vers le comburant primaire. 3. - Brûleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'injection du combustible (1) est logé à l'intérieur du canon primaire (4) qui lui-meme est situé à l'intérieur du canon secondaire (5), ces trois organes sont sensiblement cylindriques et coaxiaux. 4. - Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3 dont le deflecteur-stabilisateur (14) comporte une pluralité de passages délimités éventuellement par des aubes (15), caractérisé en ce que la perte de charge dudit déflecteur-stabilisateur (14) est réglable par l'obturation (24) de certains au-moins desdits passages. 5. - Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu au moins un desdits passages est obturé manuellement préalablement au fonctionnement du brûleur, éventuellement à l'aide d'un ciment. 6. - Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un desdits passage est obturé mécaniquement en cours de fonctionnement par déplacement longitudinal d'un masque sectoriel en amont du défl ecteur. 7. - Bruleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canon secondaire (5) comporte un convergent de forme tronconique (20) ayant un rapport A = Y / D compris entre 0,19 et 0,30, Y désignant la hauteur du tronc de cône formant le convergent et D le diamètre intérieur du canon secondaire (5) 8. - Brûleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extré- mité du canon primaire (4) faisant face au foyer et la plus grande base du tronc de cône appartiennent à un même plan et en ce que ledit rapport A est voisin de 0,24. 9. - Brûleur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le convergent (20) a une forme tronconique dont le demi-angle au sommet est compris entre 4" et 150 et préférentiellement entre 60 et 100. 10. - Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur-stabilisateur (14) comporte des aubages (15), en ce qu'il comporte en outre un stabilisateur central rée, de forme sensiblement cylindrique ayant une face frontale (18) et en ce que les pieds (17) desdits aubages (15) entourant ledit stabilisateur central (16) sont placés en retrait par rapport à la face.frontale (18) dudit stabilisateur central (16), de telle sorte que le rapport B = X / d soit compris entre 0,15 et 0,22 et de preference voisin de 0,18, X désigne la distance séparant ladite face frontale des pieds des aubages et d désigne le diamètre intérieur du canon primaire (4).