Brevet FR2582781A1 — publié le 19861205

BRULEUR POUR CHAUDIERE A COMBUSTIBLE LIQUIDE AVEC CIRCUIT DE RECYCLAGE-DES GAZ DE COMBUSTION La présente invention concerne un brûleur pour chaudière à combustible liquide avec circuit de recyclage des gaz de combustion, comportant un gicleur d'alimentation en combustible liquide et un manchon de guidage des gaz provenant de la vaporisation de ce combustible liquide, dispose coaxialement par rapport à ce gicleur. On connaît déjà différents bruleurs de ce type. En particulier, le brevet britannique No. 718 213 decrit un brtleur dont la buse d'injection du combustible est entourée d'un déflecteur légèrement conique pourvu d'ouvertures ménagées au voisinage de ses extrémités supérieure et inférieure, pour permettre un certain retour des gaz de combustion au voisinage de l'orifice de la buse et, par consequent, un recyclage partiel de ces gaz. Dans le dispositif illustre par le brevet britannique No. 825 880, le déflecteur métallique a été remplacé par un manchon cylindrique en céramique dont le but est sensiblement similaire. Ces dispositifs connus comportent des ouvertures de faibles dimensions destinées à engendrer un recyclage partiel des gaz de combustion. En raison de ces faibles dimensions, ce recyclage n'est que très partiel et le but recherché, consistant à obtenir une combustion complete à relativement basse température de la flamme, n'est pas atteint. En outre, les déflecteurs, qui s'encrassent facilement et sont directement exposes aux tres hautes températures, ont une durée de vie relativement courte, ce qui nécessite des revisions ou des remplacements frequents et coateux. La présente invention se propose de pallier les differents inconv6- nients mentionnés ci-dessus en réalisant un bradeur qui assure un recyclage dynamique des gaz de combustion partiellement refroidis, ce qui aboutit a une combustion quasi complete du combustible liquide et a une forte réduction des oxydes d'azote par une combustion à basse température. Il est conçu de maniere simple et économique, de sorte que les parties connues pour etre délicates dans les brûleurs classiques sont efficacement protégées contre les hautes températures et les dépôts de residus imbrtles. Grace à cette conception, on obtient une répartition thermique telle que les huiles lourdes ou moyennes puissent être bralees aussi completement que les combustibles legers. La construction simple permet une adaptation quasi immediate en vue d'une utilisation de gaz combustible à la place du combustible liquide. Ce but est atteint par un brtleur tel que mentionné ci-dessus, carac terse en ce que le gicleur est monte a l'intérieur d'une douille de support équipé d'une plaque d'extrémité plane, pourvu d'une ouverture centrale ménagée dans le prolongement du gicleur, en ce que la plaque d'extrémité plane comporte une série d'ouvertures d'amenée d'air, réparties autour de l'ouverture centrale, en ce que le manchon de guidage des gaz est monté sensiblement dans le prolongement de la douille de support, en aval du gicleur. Selon un mode de realisation avantageux, un déflecteur peut etre monté en aval du manchon de guidage des gaz, transversalement par rapport à l'axe du gicleur. Selon un mode de réalisation préferé, le manchon de guidage et la douille de support sont cylindriques, et le manchon de guidage des gaz est coaxial par rapport à la douille de support, ce manchon et cette douille étant espacés axialement, de manière à ménager entre leurs extrémités en regard une ouverture annulaire pour le recyclage des gaz. Le déflecteur est de préférence axialement espacé de l'extrémité correspondante du manchon de guidage des gaz. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le deflec- teur est porte par au moins une potence solidaire du manchon de guidage des gaz. Il peut être constitue par une plaque plane ou profilée comportant au moins une ouverture centrale. Selon un mode de réalisation préféré, le déflecteur est constitué par une plaque en forme de cuvette aux bords évasés, dont le côté convexe est orienté vers le manchon de guidage des gaz et dont les bords comportent des échancrures radiales. Le manchon de guidage des gaz est avantageusement lié à la douille de support par au moins une potence, ou une bride de fixation. Selon un autre mode de réalisation, le brûleur comporte des tubulures d'amenée d'air associées auxdites ouvertures d'amenée d'air, dont l'une des extrémités est adjacente à une desdites ouvertures d'amenée d'air et dont l'autre extrémité débouche à proximite de l'extrémité amont ou à l'intérieur du manchon de guidage des gaz. Lesdites tubulures d'amenée d'air comportent chacune un étranglement profilé pour engendrer un balayage laminaire de la paroi intérieure du manchon de guidage des gaz. Selon un mode de réalisation particulier de cette variante, le manchon de guidage des gaz est porté par des tiges de liaison fixées aux tubulures d'amenée d'air. Selon un autre mode de réalisation ce manchon peut étre directement fixé aux parois extérieures desdites tubulures d'amenée d'air. Pour permettre une adaptation rapide est aisée de ce brûleur en vue de l'utilisation d'un gaz combustible, la plaque d'extrémité plane comporte avantageusement une seconde série d'ouvertures, disposées à linterieur de la série d'ouvertures d'amenée d'air, ces ouvertures eolnmur,iquant avec une source d'alimentation en gaz combustible. Selon une autre forme de réalisation, le brûleur ne comporte pas de déflecteur mais comprend une douille de support équipée d'une plaque déflectrice composée de secteurs décalés les uns par rapport aux autres de maniere à ménager des fentes agencées pour engendrer une turbulence rotative. Une douille de guidage de forme cylindrique est montee autour de la plaque déflectrice, coaxiaiement à un manchon de guidage. Cette plaque déflectrice est entourée avantageusement d'un anneau d'ouvertures permettant le passage de l'air comburant. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel La figure l représente une vue en coupe axiale d'une premiere forme de réalisation du brûleur selon l'invention, La figure 2 représente une vue en coupe axiale d'une seconde forme de réalisation de ce brûleur, La figure 3 représente une vue en coupe axiale d'une troisième forme de realisation de ce brûleur, et La figure 4 représente une vue de la plaque deflectrice de la fig. 3. En référence à la fig. 1, le brûleur tel que décrit 10 comporte essentiellement une douille de support 11, un manchon de guidage des gaz 12, des tubulures d'amenée d'air 13 et un deflecteur 14. La douille de support il est avantageusement constituée par une piece cylindrique montée dans une ouverture appropriée d'une paroi 15 de la chambre de combustion d'une chaudiere (non représentée)1 équipee d'une plaque d'extrémité plane 16 pourvue d'une ouverture centrale 17 et d'une série d'ouvertures d'amenée d'air 18 disposées en cercle autour de l'ouverture centrale. Cette ouverture centrale est disposée en regard de l'orifice d'in5ection 19 d'un gicleur d'alimentation 20 en combustible liquide, monté d'une maniere connue en soi à l'intérieur de la douille support 17 et associé à deux electrodes d'allumage 21 et 22. Le manchon de guidage des gaz 12 est de préférence constitué par un cylindre métallique, dont le diamètre peut être inférieur mais est de préférence égal ou supérieur à celui de la douille de support 11. Ce manchon de guidage est ouvert à ses deux extrémités amont 23 et aval 24. Les tubulures d'amenée d'air 13 comportent chacune une première extrémité 25 qui communique avec une-ouverture d'amenée d'air 18 de la plaque d'extrémité 16 de la douille de support 11 et une seconde extrémité 26 qui débouche à l'intérieur du manchon de guidage 12 au voisinage de l'extrémité amont 23 de ce dernier. La seconde extrémité 26 de chaque tubulure d'amenée d'air 13 comporte un étranglement profilé destine à accélérer, à façonner et à orienter le jet d'air issu de la tubulure 13 correspondante en vue d'assurer un balayage et, par conséquent, un refroidissement de la paroi intérieure du manchon de guidage des gaz 12. Dans l'exemple représente par la fig. 1, les secondes extrémités 26 des tubulures d'amenée d'air 13 sont écartés de l'extrémité amont 23 du manchon de guidage 12. Ce manchon de guidage est porté par plusieures tiges de liaison 27, dont les extrémités sont de préférence fixées par soudure respectivement au manchon de guidage 12 et à une tubulure d'amenée d'air 13. Toutefois, le manchon pourrait également entre fixé directement aux tubulures d'amenée d'air 13. Ces différentes tubulures sont parallèles mais espacées les unes des autres pour permettre un passage des gaz de l'extérieur vers l'intérieur du manchon de guidage des gaz en vue de leur recyclage. Cotnme le montre également la fig. 1, le brûleur 10 peut être équipé d'un déflecteur 14 porte par une ou plusieurs potences 28, de préf(rence soudées à l'extrémité aval 24 du manchon de guidage 12. Ce déflecteur 14, en forme de cuvette, de plaque plane ou de piece annulaire, comporte, dans l'exemple représenté, une ouverture centrale 29, plusieurs ouvertures périphériques 30 et un certain nombre d'échancrures 31 ménagées le long de son bord extérieur. Ce déflecteur a pour but de guider les gaz provenant de la vaporisation du combustible liquide et de stabiliser leur combustion. Le brûleur 50 représenté par la fig. 2 comporte essentiellement, comme le brûleur décrit ci-dessus, une douille de support 51, un manchon de guidage 52, une série d'ouvertures d'amenée d'air 53 et un déflecteur 54. La douille de support 51 est avantageusement constituée par une pièce cylindrique montée dans une ouverture appropriée d'une paroi 55 de la chambre de combustion d'une chaudière (non réprésentee), équipée d'une plaque d'extrémité 56 pourvue d'une ouverture centrale 57 entourée d'une premiere série d'ouvertures disposées en cercle et appelées ouvertures d'amenée d'air 53 et d'une deuxième série d'ouvertures 58, disposées sur un cercle concentrique et intérieur au cercle des ouvertures 53.L'ouverture centrale 57 est disposée en regard de l'orifice d'injection 59 d'une buse d'alimentation 60 en combustible liquide, montée au moyen d'un support 61 à l'intérieur de la douille de support 57 et associée à au moins une électrode d'allumage 62. Les ouvertures 58 communiquent chacune avec un conduit 63 d'amenée de gaz combustible, conduit raccordé d'une manière connue en soi et non représentée à une source de gaz combustible sous pression. Ce dispositif permet le fonctionnement du brûleur soit dans une installation prévue pour utiliser du combustible liquide, soit dans une installation prevue pour utiliser un gaz combustible. Le manchon de guidage des gaz 52 est, comme précédemment, constitue par un cylindre métallique relié à la douille de support 51 par au moins une potence 64. Le déflecteur 54 fixé à l'extrémité supérieure du manchon de guidage des gaz 52 par des potences 65, présente la forme d'une cuvette aux bords 66 évasés et présentant des échancrures radiales 67 et 68. Le fond du déflecteur est percé par une ouverture centrale 69. Lors de l'utilisation du brûleur de la fig. 1 ou lorsque le brûleur de la fig. 2 est utilisé pour la combustion de combustible liquide, au moment de la mise en route de la chaudiere, le combustible liquide, qui peut être une huile légère, une huile moyenne ou une huile lourde, est injecté par le gicleur dans la chambre de combustion. Ce liquide est enflammé par la ou les électrodes de mise à feu. La montée en température des différents composants du brûleur, accélérée par le retour des gaz de combustion illustre par les flèches h, s'effectue très rapidement et provoque une vaporisation du liquide combustible injecté. Grâce aux ouvertures très larges ménagées entre les tubulures d'amenée d'air ou entre la douille de support et le manchon de guidage des gaz, une atmosphère combustible se forme dans le manchon. A cause d'une vitesse d'écoulement relativement important, le mélange ne s'enflamme pas dans ce manchon. En fonctionnement normal, la flamme ne se forme qu'au niveau du déflecteur dans des zones où l'écoulement s'effectue plus lentement que la vitesse de combustion. Cette conception permet d'obtenir une répartition de la température favorable au prolongement de la longévité des composants du brûleur et notamment du manchon de guidage. En effet, ce manchon est constamment balayé par l'air propulsé à travers les ouvertures d'amenée d'air, ce qui assure un refroidissement efficace de cette piece. Toutefois, grAce au recyclage des gaz de combustion et au bon échange thermique qui s'effectue entre ces gaz de combustion et l'air frais injecte, du fait que la surface d'échange, constituée essentiellement par la paroi du manchon de guidage, est relativement grande, l'air injecté est préchauffé, ce qui permet de maintenir une température voisine de 8G0 C dans la zone du brûleur disposée en aval de l'ouverture centrale de la plaque plane.Cette température est suffisante pour assurer un craquage des molécules les plus lourdes et pour garantir une combustion complète du carburant injecté. On a intérêt à augmenter la surface d'échange thermique entre les gaz de combustion et l'air injecte au travers des ouvertures d'amenée d'air pour augmenter la vitesse de craquage des molécules lourdes, ce qui permet de réduire la longueur du manchon de guidage et de diminuer proportionnellement les risques de dépôts de carbone ou de cendres sur la paroi intérieure de ce manchon. Pour diminuer ce risque, on peut également augmenter quelque peu le diamètre de ce manchon, ce qui favorise également le fonctionnement silencieux du brûleur. La distance entre la plaque plane portant les ouvertures d'amenée d'air et le manchon de guidage des gaz doit être assez grande pour permettre un bon recyclage des gaz de combustion. Le mélange obtenu de gaz combustible provenant de la vaporisation du combustible liquide, de gaz de combustion et d'air doit etre déterminé de telle manière que l'inflammation ne puisse se faire qu'à la sortie du manchon de guidage, au moment-du contact de ce mélange avec le déflecteur. Le recyclage des gaz de combustion provoque egalement un ralentissement des gaz combustibles, ce qui favorise un fontionnement silencieux du brûleur. La géométrie du déflecteur présente une importance primordiale pour assurer un étalement approprié de la flamme et une combustion complet. La figure 3 illustre une variante de brûleur qui ne comporte pas de déflecteur. Ce brûleur comprend une douille de support 71 montee dans une ouverture appropriée de la paroi 72 de la chambre de combustion. Cette douille est fermée par une plaque d'extrémité 73 comportant une série d'ouvertures 74 disposées sur un cercle et une partie centrale formant une plaque déflectrice 75. Cette plaque déflectrice, illustrée plus en détail par la fig. 4, est formée par une série d'ailettes 76 en forme de secteurs annulaires qui sont décalées les unes par rapport aux autres de maniere à ménager entre elles des fentes 77 qui ont pour effet de provoquer une turbulence rotative autour de l'orifice central 78, par où est injecté le combustible issu de l'injecteur 79 et enflammé, au début de la combustion, par l'électrode 80. Une douille de guidage 81 entoure la plaque déflectrice 75 et canalise les gaz combustibles. Un manchon de guidage 82 est monte, par exemple par des brides de fixation (non representees), coaxialement à la douille de guidage 81 dans le prolongement de celle-ci. Les fentes provoquent une turbulence rotative. La présence de la douille de guidage 81 assure une accélération des gaz. Ce modèle est particulièrement adapté à l'utilisation d'huiles moyennes ou lourdes. La présence de la douille de guidage engendre également un guidage des gaz de recyclage qui sont déjà partiellement refroidis par contact avec les parois de la chaudière et de l'air comburant, lorsqu'ils entrent dans la zone de combustion, ce qui a pour effet de réduire le taux de composés d'azote Nûx dans les fumées de combustion. L'accélération provoquée par la douille de guidage 87 et la turbulence circulaire engendrée par les fentes 77, évitent le dépôt de suie sur les différents composants du brûleur. Outre le fait que ce brûleur peut utiliser les huiles moyennes et lourdes, il présente l'avantage d'etre de conception simple et de construction très économique. Le brûleur tel que décrit peut présenter diverses variantes et subir différentes modifications évidentes pour l'homme de l'art, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Revendications 1. Brûleur pour chaudière à combustible liquide avec circuit de recyclage des gaz de combustion, comportant un gicleur d'alimentation en combustible liquide et un manchon de guidage des gaz provenant de la vaporisation de ce combustible liquide, disposé coaxialement par rapport à ce gicleur, caractérisé en ce que le gicleur (20, 60) est monté à l'intérieur d'une douille de support (11, 51), equipé d'une plaque d'extrémité plane (16, 56), pourvu d'une ouverture centrale (17, 57), ménagée dans le prolongement du gicleur (20, 60), en ce que la plaque d'extrémité plane (16, 56) comporte une série d'ouvertures (18, 53) d'amenée d'air! reparties autour de l'ouverture centrale (17, 57), et en ce que le manchon (12, 52) de guidage des gaz est monte sensiblement dans le prolongement de la douille de support, en aval du gicleur. 2. Brûleur selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte un déflecteur (14, 54) monte en aval du manchon de guidage des gaz, transversalement par rapport à l'axe du gicleur. 3. Brûleur selon la revendication 1, caractérise en ce que le manchon de guidage des gaz (12, 52) et la douille de support (11, 51) sont cylindriques, et en ce que le manchon de guidage (12, 52) des gaz est coaxial par rapport à la douille de support (11, 51), ledit manchon et ladite douille etant espaces axialement de maniere à menager entre leurs extrémités en regard une ouverture annulaire pour le recyclage des gaz. 4. Brûleur selon la revendication 2, caractérise en ce que le deflecteur (14, 54) est axialement espacé de l'extrémité correspondante du manchon (12, 52) de guidage des gaz. 5. Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le déflecteur (14, 54) est porte par au moins une potence (28, 65) solidaire du manchon de guidage (12, 52). 6. Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deflec teur est constitué par une plaque plane ou profilée comportant au moins une ouverture centrale (29, 69). 7. Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le déflecteur (54) est constitue par une piece en forme de cuvette aux bords évasés, dont le côté convexe est orienté vers le manchon de guidage des gaz (52) et dont les bords comportent des échancrures radiales (67, 68). 8. BrQleur selon la revendication 1, caracterise en ce que le manchon de guidage des gaz (52) est lié à la douille de support (51) par au moins une potence (64). 9. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des tubulures d'amenée d'air (13) associeesauxdites ouvertures d'amenée d'air (18) dont une des extrémités est adjacente å une desdites ouvertures d'amenée d'air 18) et dont l'autre extrémité débouche à proximité de l'extrémité amont ou à l'intérieur du manchon (12) de guidage des gaz. 10. Brûleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites tubulures (13) d'amenée d'air, comportent chacune un étranglement profilé pour engendrer un balayage laminaire de la paroi intérieure du manchon (12) de guidage des gaz. 11. Brûleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le manchon (12) de guidage des gaz est porté par des tiges de liaison (27) fixées aux tubulures d'amenée d'air (13). 12. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque d'extrémité plane (56) comporte une seconde série d'ouvertures (58) disposées à l'intérieur de la série d'ouvertures (53) d'amenée d'air et communiquant avec une source d'alimentation en gaz combustible. 13. Brûleur selon la revendication 1, caractérise en ce que la douille de support (71) est équipée d'une plaque déflectrice (75) composée d'ailettes en forme de secteurs circulaires (76) décalés les uns par rapport aux autres de manière à ménager des fentes (77) agencées pour engendrer une turbulence rotative. 14. Brûleur selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte une douille de guidage x81) de forme cylindrique, montée autour de la plaque déflectrice, coaxialement à un manchon de guidage (82). 15. Bradeur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la plaque déflectrice est entourée d'un anneau d'ouvertures (74) pour le passage de l'air comburant.