Brevet FR2576087A1 — publié le 19860718

- 1 - BRULEUR LINEAIRE A GAZ ET A AIR SOUFFLE La présente invention concerne un brûleur linéaire à gaz et à air soufflé, comportant plusieurs injecteurs de gaz disposés à l'entrée d'une zone de combustion. Dans de nombreux procédés thermiques industriels, notamment dans l'industrie alimentaire et l'industrie textile, on utilise des brûleurs à gaz naturel ou à gaz de pétrole liquéfié, d'une part parce que ce combustible est économique, d'autre part parce que les produits de combustion ne laissent pas de traces sur les produits traités. Pour réaliser des brûleurs de grande dimension, assurant une large répartition de la chaleur produite, on a réalisé des rampes de brûleurs, grâce auxquelles le gaz est brûlé dans une veine d'air atmosphérique circulant de manière naturelle ou forcée autour de la rampe. Cependant, le rapport de puissance de ce type de brûleurs, c'est-à- dire le rapport entre le débit minimum et le débit maximum du gaz, est limité approximativement à 1:6 par les conditions de stabilité de la flamme. Pour palier cet inconvénient, on utilise des brûleurs du type à air soufflé, dans lesquels le gaz et l'air sont amenés sous pression et sont mis en présence au bout d'un injecteur, à l'entrée de la zone de combustion. Ces brûleurs peuvent atteindre un rapport de puissance allant au-delà de 1:20. Toutefois, une rampe linéaire cons- tituée de tels brûleurs est particulièrement coûteuse et complexe du fait qu'elle nécessite une distribution individuelle de l'air à chaque brûleur, avec des organes de commande et de contr8le correspondants. Cette complexité se répercute aussi sur le coût de l'entretien. En outre, dans la zone proche des brûleurs, la chaleur produite n'est pas répartie uniformément. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un brûleur linéaire du type mentionné en préambule, présentant une construction simple et économique, une répartition uniforme de la chaleur et une grande sécurité de fonctionnement. -2- Dans ce but, le brûleur linéaire selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un tube distributeur d'air raccordé à une alimenta- tion en air sous pression, un tube distributeur de gaz monté à l'inté- rieur du tube distributeur d'air et raccordé à une alimentation en gaz sous pression, une rangée d'injecteurs de gaz répartis le long du tube distributeur de gaz et raccordeà ce tube, et des injecteurs d'air dis- posés coaxialement autour des injecteurs de gaz et raccordés au tube distributeur d'air. Selon une forme de réalisation préférée, les injecteurs de gaz et les injecteurs d'air comportent respectivement des éléments tubulaires cylindriques, fixés au tube distributeur correspondant, ces éléments respectifs étant disposés coaxialement de fagon à définir un conduit annulaire entre eux pour le passage de l'air. Pour faciliter -le mélange du gaz et de l'air à la sortie de l'injecteur, un organe fixe généra- teur de turbulence dans l'air est disposé dans ledit conduit annulaire. Cet organe peut être constitué par une bague montée sur l'injecteur de gaz et pourvue d'ailettes radiales. Dans cette forme de réalisation préférée, l'une des extrémités du tube distributeur d'air est raccordée à l'alimentation en air sous pression et sa seconde extrémité est obturée par un bouchon démontable, tandis que la dimension transversale maximale du tube distributeur de gaz avec les injecteurs de gaz est inférieure au diamètre intérieur du tube dis- tributeur d'air, de manière à permettre l'introduction et le retrait du tube distributeur de gaz avec ses injecteurs par la seconde extrémité du tube distributeur d'air. A cet effet, le tube distributeur de gaz comporte avantageusement deux tiges de support qui sont placées à pro- ximité des extrémités de la rangée d'injecteurs de gaz, parallèlement à ceux-ci, ces tiges de support étant fixées par des moyens démontables à la paroi du tube distributeur d'air. Ces moyens démontables peuvent comporter par exemple des écrous vissés sur les tiges de support et disposés à l'extérieur du tube distributeur d'air, de manière à être facilement accessibles. Le brûleur linéaire selon l'invention peut comprendre des éléments modulaires assemblés bout à bout pour constituer les tubes distribu- - 3- teurs d'air et de gaz. On peut réaliser ainsi des brûleurs de diffé- rentes dimensions et puissances à partir d'un petit nombre de pièces différentes. De préférence, le brûleur linéaire selon l'invention comporte un guide-flamme constitué par une enveloppe entourant la rangée d'injec- teurs et la zone de combustion, ce guide-flamme étant-fixé sur le tube distributeur d'air et étant ouvert uniquement du c8té opposé à ce tube. Le guide-flamme est réalisé avantageusement en métal réfractaire et il comporte des pattes d'appui contre le tube distributeur d'air, ces pattes étant maintenues serrées contre ce tube au moyen de griffes fixées sur le tube par des vis. Ce mode de fixation permet de limiter la transmission de chaleur et permet aussi des dilatations différentes du guide-flamme et du tube distributeur. Du fait que le guide-flamme délimite une zone linéaire de combustion s'étendant le long de toute la rangée des injecteurs, la flamme affecte une forme linéaire. s'étendant d'un bout à l'autre de la rangée d'injec- teurs. Ainsi, le brûleur peut comporter une seule bougie d'allumage montée dans le guide-flamme, approximativement au milieu de la longueur de celui-ci. De même, pour surveiller l'ensemble de la flamme, il peut comporter une cellule de contrôle de flamme montée à une extrémité du guide-flamme. Selon une forme de réalisation avantageuse, le brûleur comporte sur l'alimentation en air une vanne de réglage du débit d'air, et une vanne de réglage du débit de gaz sur l'alimentation en gaz. Il peut comporter en outre un dispositif d'asservissement du débit de gaz au débit d'air, par asservissement de la vanne de réglage du débit de gaz à la vanne de réglage du débit d'air et/ou à un débitmètre monté sur l'alimentation en gaz. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description, donnée ci-dessous à titre d'exemple, d'une forme de réalisation préférée et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - 4 - La figure 1 est une vue en élévation, partiellement coupée, d'un brûleur linéaire selon l'invention, La figure 2 est une vue en coupe du brûleur, suivant la ligne II-II de la figure 1, à une échelle agrandie, et La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un injecteur du même brûleur. En référence aux figures 1 et 2, le brûleur linéaire comporte un tube distributeur d'air 1 constitué par un tube rectiligne en acier dont les deux extrémités sont pourvues de raccordCà brides. Sur saface eXté- rieure, ce tube porte une rangée longitudinale d'injecteurs d'air 2, qui sont disposés parallèlement et qui sont constitués chacun par un tube d'acier taraudé à son extrémité inférieure et vissé dans un orifice taraudé dans la paroi du tube distributeur d'air 1. L'extrémité avant du tube distributeur 1 (à droite sur la figure 1) est obturée par un bouchon 3 fixé sur la bride du tube 1 par des boulons 4. L'autre extré- mité du tube 1 est reliée, par l'intermédiaire d'un élément de raccord , à une conduite d'alimentation en air 6, comportant une vanne de réglage (non représentée). En service, la conduite 6 est raccordée à une source d'air à basse pression. Un tube distributeur de gaz 8, constitué par un tube rectiligne en acier, est monté longitudinalement à l'intérieur du tube distributeur d'air 1, en face des injecteurs d'air 2. Il porte une rangée d'injec- teurs de gaz 9 qui correspondent respectivement aux injecteurs d'air 2 et qui sont disposés coaxialement à l'ihtérieur de ceux-ci. Les injec- teurs de gaz 9 sont vissés ou soudés dans des orifices latéraux du tube distributeur de gaz 8, de manière à recevoir ainsi le gaz sous pression. Le tube distributeur de gaz 8 s'étend sensiblement sur toute la longueur du tube distributeur d'air 1. Son extrémité avant est obturée par un bouchon 10. Son autre extrémité se trouve à l'intérieur de l'élément de raccord 5 et elle est munie d'un coude 11 à 90 qui s'emboite sur un - 5 manchon 12 monté dans la paroi de l'élément de raccord 5 et raccordé à une conduite d'alimentation en gaz 13 pourvue d'une vanne de réglage (non représentée). Le tube distributeur de gaz 8 est monté parallèlement à l'axe longitu- dinal 14 du tube distributeur d'air 1, mais pas nécessairement en posi- tion coaxiale. Il est supporté et maintenu dans la position appropriée au moyen de deux tiges filetées 16 portant des écrous 17. Ces tiges sont placées respectivement au-delà de chaque extrémité de la rangée d'injec- teurs, parallèlement à ces injecteurs, et elles passent chacune dans un orifice ménagé dans la paroi du tube 1. Ainsi, en agissant sur les écrous 17, on peut régler la position du tube distributeur de gaz 8 en le déplaçant dans la direction axiale des injecteurs. Ce faisant, les injecteurs de gaz 9 coulissent à l'intérieur des injecteurs d'air 2. D'autre part, ce mode de fixation permet un démontage facile du tube distributeur 8 et des injecteurs de gaz 9, comme on le décrira plus loin. Le brûleur comporte en outre un guide-flamme 20 constitué par une enve- loppe en métal réfractaire entourant la rangée d'injecteurs 2 et 9 et délimitant une zone de combustion 21 commune en face de ceux-ci. Comme le montre la figure 2, le guide-flamme 20 présente transversalement une forme évasée et il est entièrement ouvert du c8té opposé au tube distri- buteur d'air, c'est-à-dire vers le haut dans la position illustrée ici. De l'autre côté, le guide-flamme 20 comporte des pattes d'appui 23 qui sont serrées contre le tube distributeur d'air 1 par des griffes 24, ces griffes étant fixées au tube 1 par des vis 25 qui sont vissées dans des alésages taraudés dans la paroi du tube 1. Ce mode de fixa- tion permet à la fois un démontage facile du guide-flamme 20 et une faible transmission de chaleur du guide-flamme au tube distributeur d'air. Il permet également de disposer un joint entre ces deux éléments, si c'est nécessaire. Il permet aussi des dilatations différentes du guide-flamme et du tube distributeur 1. Comme les injecteurs sont relativement proches les uns des autres et que la zone de combustion 21 s'étend sur toute la longueur du guide- flamme 20, l'allumage du mélange de gaz et d'air peut s'effectuer au moyen d'une seule bougie 24 disposée approximativement au milieu de la longueur du guide-flamme. Comme le montre la figure 2, la bougie 24 -6- comporte de manière connue un corps 25 et deux électrodes 26 et 27. Le corps 25 est vissé dans un alésage taraudé à travers l'une des parois latérales du guide-flamme 20, de telle manière que les électrodes 26 et 27 se trouvent en face d'un injecteur de mélange air/gaz. A l'extérieur du guide-flamme 20, la bougie 24 est reliée à une alimentation électri- que à haute tension 28. Pour permettre un contrôle automatique et à distance de l'allumage et de la stabilité de la flamme, le brûleur comporte une cellule de contrôle 30, de type connu en soi, qui est reliée par un câble 31 au dispositif de conmmande. Dans le brûleur linéaire selon l'invention, la cellule de contrôle 30 est orientée selon l'axe longitudinal de la zone de combus- tion 21. Elle est montée à l'intérieur d'un tube de refroidissement 32 qui est lui-même fixé, par l'intermédiaire d'un manchon-fileté 33, à un tube 34 fixé dans une ouverture d'extrémité du guide-flamme 20. Pour pro- téger des gaz brûlants la cellule 30, un disque de quartz 35 est inséré à l'intérieur du manchon 33. Le tube de refroidissement 32 comporte des orifices d'entrée d'air 36 et un évent vertical 37, disposés de manière à produire une circulation naturelle de l'air autour de la cellule 30 quand elle s'échauffe. Le contrôle de flamme peut également être assuré par une électrode d'ionisation suivant la méthode usuelle. La figure 3 montre plus en détail la réalisation des injecteurs d'air 2 et de gaz 9 utilisés dans le brûleur linéaire décrit ci-dessus. L'injec- teur de gaz 9 comporte un tube d'acier 40 dont une extrémité 41 est vis- sée dans un orifice taraudé dans la paroi du tube distributeur de gaz 8. Sur l'autre extrémité du tube 40 est vissée une tête a2 de type connu, comportant deux éléments 43 et 44 assemblés au moyen d'un écrou 49 et entre lesquels est ménagée une fente circulaire 45 pour l'échappement du gaz. La disposition relative des injecteurs 2 et 42 permet un mélange homogène de l'air et du gaz. Comme mentionné plus haut, l'injecteur d'air 2 est simplement constitué par un tube d'acier vissé dans la paroi du tube distributeur d'air 1. L'injecteur d'air 2 est disposé coaxialement avec l'injecteur de gaz 9, de sorte qu'il subsiste entre eux un intervalle annulaire 46 pour le passage de l'air. Afin de provoquer une turbulence intense de l'air à la - 7sortie de l'injecteur et de favoriser ainsi son mélange avec le gaz, une bague 47 pourvue d'ailettes radiales 48 de forme appropriée est disposée dans l'intervalle annulaire 46. Cette bague annulaire 47 est maintenue en place par deux épaulements respectifs des injecteurs d'air 2 et de gaz 9. Elle sert également d'organe de centrage de l'injecteur de gaz 9 dans l'injecteur d'air 2. On peut remarquer que la construction décrite ci-dessus du brûleur selon l'invention est particulièrement simple et peut être réalisée îO à partir d'éléments peu coûteux et disponibles couramment dans le commerce. En particulier, les tubes utilisés pour réaliser les tubes de distribution 1 et 8, ainsi que les éléments tubulaires 2 et 40 des injecteurs, sont de préférence des tubes d'acier d'une série standard. De même, les-têtes 42 des injecteurs de gaz 9 peuvent être des éléments existant dans le commerce. D'autre part, le brûleur décrit ci-dessus est agencé pour permettre un démontage très facile du tube distributeur 8 et des injecteurs de gaz fixés sur celui-ci. Dans ce but, la longueur des éléments tubulaires 40 des injecteurs de gaz (figure 3) est déterminée de telle manière que la dimension transversale maximale du bloc constitué par le tube distribu- teur de gaz 8 et les éléments tubulaires 40 soit inférieure au diamètre intérieur du tube distributeur d'air 1. Ainsi, après avoir enlevé les têtes 42 des injecteurs de gaz et le bouchon 3 du tube distributeur d'air (figure 1), on peut débrancher le tube distributeur de gaz 8 du raccord 12, puis enlever les écrous extérieurs 17 des tiges de support 16, ce qui permet d'extraire facilement l'ensemble du tube 8 et de ses injec- teurs 9. Après opération d'entretien, cet ensemble peut être remis en place sans difficulté. Grâce aux circuits respectifs simples et directs formés par les tubes distributeurs d'air et de gaz, les pertes de charge dans ces organes de distribution sont faibles. De ce fait, une répartition uniforme de l'air et du gaz le long de la rangée d'injecteurs est assurée. En outre, grâce à la création d'une flamme linéaire unique à l'intérieur du guide-flamme, la chaleur produite est parfaitement répartie le long du brûleur. D'autre part, le brûleur linéaire selon l'invention peut être commandé par les - 8 - moyens connus utilisés pour commander les brûleurs ponctuels. De préfé- rence, on prévoit un dispositif d'asservissement de la vanne de réglage du débit de gaz à la vanne de réglage du débit d'air, ainsi qu'éventuel- lement à un débitmètre monté sur l'alimentation en gaz, à l'amont de la vanne de réglage. Ce dispositif d'asservissement est agencé pour maintenir un rapport constant entre le débit de gaz et le'débit d'air, afin d'obtenir une combustion optimale. De cette manière, on peut régler la puissance du brûleur en agissant uniquement sur la vanne de réglage du débit d'air. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisations décrites, mais elle s'étend à toutes modifications ou variantes éviden- tes pour l'homme de l'art. -9- Revendications 1 ) Brûleur linéaire à gaz et à air soufflé, comportant plusieurs injecteurs de gaz disposés à l'entrée d'une z8ne de combustion, carac- térisé en ce qu'il comporte un tube distributeur d'air (1) raccordé à une alimentation en air sous pression, un tube distributeur de gaz (8) monté à l'intérieur du tube distributeur d'air et raccordé à une alimentation en gaz sous pression, une rangée d'injecteurs de gaz (9) répartis le long du tube distributeur de gaz et raccordé à ce tube, et des injecteurs d'air (2) disposés coaxialement autour des injecteurs de gaz et raccordés au tube distributeur d'air. 2 ) Brûleur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les injecteurs de gaz et les injecteurs d'air comportent respectivement des éléments tubulaires cylindriques (2,40), fixés au tube distributeur correspondant, ces éléments respectifs étant disposés coaxialement de façon à définir un conduit annulaire (46) entre eux pour le passage de l'air. 3 ) Brûleur linéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un organe fixe générateur de turbulences (47) dans l'air est disposé dans ledit conduit annulaire. 4 ) Brûleur linéaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe générateur de turbulences est constitué par une bague (47) montée sur l'injecteur de gaz (9) et pourvu d'ailettes radiales. ) Brûleur linéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une des extrémités du tube distributeur d'air (1) est raccordée à l'alimentation en air sous pression (6) et sa seconde extrémité est obturée par un bouchon démontable (3), et en ce que la dimension trans- versale maximale du tube distributeur de gaz (8) avec les éléments tubulaires (40) des injecteurs de gaz est inférieur au diamètre inté- rieur du tube distributeur d'air, de manière à permettre l'introduc- tion et le retrait du tube distributeur de gaz avec ses injecteurs par la seconde extrémité du tube distributeur d'air. - 10 - 6 ) Brûleur linéaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube distributeur de gaz comporte deux tiges de support (16) qui sont placées à proximité des extrémités de la rangée d'injecteurs de gaz, parallèlement à ceux-ci, et en ce que ces tiges de support sont fixées par des moyens démontables (17) à la paroi du tube distributeur d'air. 7 ) Brûleur linéaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens démontables comportent des écrous (17) vissés sur les tiges de support et disposés à l'extérieur du tube distributeur d'air. ) Brûleur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments modulaires assemblés bout-à-bout pour constituer les tubes distributeurs d'air et de gaz. 9 ) Brûleur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un guide-flamme (20) constitué par une enveloppe entourant la rangée d'injecteurs et la zone de combustion, en ce que ce guide-flamme est fixé sur le tube distributeur d'air (1) et en ce qu'il est ouvert uniquement du côté opposé à ce tube. ) BrûIeur linéaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que le guide-flamme est réalisé en métal réfractaire et comporte des pattes d'appui (23) contre le tube distributeur d'air, ces pattes étant main- tenues serrées contre ce tube au moyen de griffes (24) fixées sur le tube par des vis. 11 ) Brûleur linéaire selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une seule bougie d'allumage (24) montée dans le guide-flamme, approximativement au milieu de la longueur de celui-ci. 12 ) Brûleur linéaire selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule de eontr8le de flamme (30) montée à une extrémité du guide-flamme. 13 ) Brûleur linéaire selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'il comporte une vanne de réglage du débit d'air sur l'alimentation en air - 11 - (6) et une vanne de réglage du débit de gaz sur l'alimentation en gaz (7). 14 ) BrQleur linéaire selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'asservissement du débit de gaz au débit d'air, par asservissement de la vanne de réglage du débit de gaz à la vanne de réglage du débit d'air et/ou à un débitmètre monté sur l'alimentation en gaz.