Brevet FR2583144A1 — publié le 19861212

Cette invention a pour objet des perfectionnements apportés aux brûleurs auto -récupérateur s. On sait que dans de nombreuses applications industrielles on utilise des brûleurs alimentés par divers combustibles: solides, liquides ou gazeux, pré- sentant un pouvoir calorifique plus ou moins élevé. Le comburant est de l'air atmosphérique, généralement surpressé et éventuellement enrichi en oxygène. Pour certaines applications, les fumées sont épuisées plus ou moins complètement par un contre-courant réel ou fictif dans le cas des régénérateurs (chaudières, foursà ciment, cowpers). Il est aussi fréquent que le brûleur assure le chauffage d'une enceinte à partir de laquelle les produits de la combustion s'échappent à haute tempéra- ture. Ce cas est typique de nombreux fours de réchauffage et de fusion (fours pits, fours potoyer, four tunnel, réchauffeurs de poches etc..) Le rendement de ces brûleurs est d'autant plus faible que la température requise par le procédé est élevée. Par ailleurs cette élévation de la tempéra- ture de combustion nécessite l'utilisation de combustibles à fort pouvoir calo- rifique. Pour améliorer le rendement on a crée des brûleurs dits "brûleurs auto- récupérateurs" qui comportent une veine annulaire extérieure, concentrique au brûleur au travers de laquelle les gaz de combustion passent, avant leur éva- cuation vers l'atmosphère. Ainsi une partie de l'énergie calorifique contenue dans les gaz de combustion peut être récupérée et transmise, généralement à l'air comburant. Sur la figure 1 des dessins annexés on a représenté un brûleur auto- récupérateur de ce type. On voit sur cette figure 1 le brûleur positionné au travers de la paroi 1 du four Z, ce brûleur étant alimenté en combustible, par exemple gazeux, par une conduite 3 et en air comburant par une conduite 4. Comme on l'a mention- né ci-dessus, le brûleur comporte une veine annulaire extérieure 5, concen- Les gaz trique au brûleur, dans laquelle circulent/de combustion, la circulation étant obtenue par un flux d'air éducteur admis par une conduite 6. Ce dispositif connu permet effectivement de transmettre à l'air combu- rant une partie de la chaleur contenue dans les gaz de combustion, cependant la surface de contact air comburant - gaz de combustion est faible et le rende- ment reste modéré, bien que l'on travaille avec des fumées très chaudes dont le rayonnement est important. Un autre exemple d'application, plus spécifique, concerne les brileurs radiants utilisés dans les fours de recuit continu à atmosphère contrôlée. Dans cette application particulière, les fumées issues de la combustion, ne peuvent être libérées dans le four car elles pollueraient l'atmosphère. Elles sont donc ramenées à l'extérieur du four, à l'aide d'une conduite concentrique à la con- duite d'alimentation du mélange air comburant - gaz combustible, qui se trouve ainsi préchauffé. On augmente ainsi la température de combustion et donc le rayonnement du tube fourreau. Pour pallier le mauvais rendement de telles installations on a envisagé de récupérer la chaleur des fumées qui quittent le four, en utilisant divers dispositifs tels que notamment des échangeurs métalliques à contre courant ou ou à courants croisés,/des régénérateurs céramiques à fonctionnement cyclique. Cependant un tel système oblige à raccorder les circuits gaz de combustion, air comburant et éventuellement gaz combustible, aux récupérateurs, en uti- lisant des conduits encombrants devant être calorifugés voire briquetés. Malgré ces inconvénients, cette solution est fréquemment utilisée sur les fours de forte puissance (fours pits, fours poussants) dans lesquels les pertes ther- miques seraient inacceptables en l'absence d'un tel système. Cette invention se propose d'améliorer les brûleurs auto-récupérateurs de façon à éliminer les inconvéients des solutions connues, décrites cidessus. En conséquence cette invention concerne un brûleur auto-récupérateur, caractérisé en ce qu'il comporte des caloducs assurant le transfert de la cha- leur entre les gaz de combustion et l'air comburant et éventuellement en outre le combustible alimentant le brûleur. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins qui en illustrent deux exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un brûleur auto-récupérateur de type connu, décrit ci-dessus; - les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en coupes horizontale et verticale d'un brûleur auto-récupérateur selon l'invention du type à pré- 2583 1 44 chauffage d'air comburant - les figures 4 et 5 sont respectivement des vues en coupes horizontale et transversale d'un brûleur auto-récupérateur selon l'invention du type à pré- chauffage d'air comburant et gaz combustibles préchauffés. Les figures 2 et 3 représentent un premier exemple de réalisation d'un brûleur auto-récupérateur alimenté par un combustible riche selon l'invention dans lequel on assure le préchauffage de l'air comburant par récupération de la chaleur contenue dans les gaz de combustion. Sur cette figure on voit en 10 la conduite d'alimentation du brûleur en combustible liquide ou gazeux et en 11 le conduit d'admission de l'air combu- rant au brûleur. Les produits de la combustion (fumées chaudes) sont évacuées par la conduite 13 après passage au travers de veines 12 concentriques à la conduite d'admission d'air 11 (figure 2). Selon cette invention on prévoit des caloducs 14 pour assurer l'échange thermique entre les fumées et l'air combu- rant. Les caloducs 14 récupèrent la chaleur sensible des fumées dans les veines 12 et la transfèrent à l'air circulant dans la veine 11.Grâce à cette caractéris- tique on a augmenté sensiblement la surface d'échange et on a réalisé un échange convectif en complément de l'échange par rayonnement. On peut ainsi obtenir un taux de récupération très important. Les figures 4 et 5 illustrent un second exemple de réalisation de l'inven- tion, qui vise un brûleur auto-récupérateur à gaz pauvre avec préchauffage de l'air comburant et du gaz combustible. Dans cette réalisation on utilise des caloducs 15 pour assurer l'échange thermique entre les gaz de combustion et le gaz combustible pauvre et des caloducs 15' pour effectuer le transfert ther- mique entre ces gaz de combustion et l'air comburant. On peut sans sortir du cadre de cette invention envisager diverses va- riantes, parmi lesquelles on citera: a) une suroxygénation de l'air comburant délivré au brû leur b) la disposition d'ailettes sur tout ou partie des caloducs en fonction de la température des fumées c) l'utilisation de caloducs de même nature sur toute la longeur de l'échan- geur; d) l'utilisation de caloducs de nature différente pour s'adapter à la tempé- rature des fumées le long de l'échangeur 2 5 8 3 1 4 4 e) réalisation d'un contrôle de débit des fumées traversant l'échangeur f) contrôle de la température d'admission des fumées dans l'échangeur par dilution à l'air de celles-ci; g) contrôle de la température d'admission des fumées dans l'échangeur par dilution à l'aide de fumées froides recyclées. 2583 1 44 REVENDICATIONS 1.- Brûleur auto-récupérateur, caractérisé en ce qu'il comporte des caloducs (14, 15, 15') pour assurer le transfert de la chaleur entre les gaz de combustion et l'air comburant et éventuellement en outre le combustible. 2. - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que seul l'air comburant délivré au brûleur est chauffé par transfert de chal eur à l'aide de caloducs (14) qui récupèrent la chaleur sensible des fumées dans les veines (12) de circulation des fumées pour la transférer à l'air circulant dans des veines (11). 3. - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que seul le com- bustible est chauffé par transfert thermique à l'aide desdits caloducs. 4. - Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combus- tible et l'air comburant sont respectivement chauffés à l'aide de caloducs (15, '). 5. - Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que l'air comburant est sur-oxygéné. 6. - Brûleur selon l'une quelconque des revendication précédentes, carac- térisé en ce que les caloducs sont munis soit totalement, soit partiellement, d'ailettes, en fonction de la température des fumées. 7. - Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que les caloducs sont de même nature sur toute la longueur de l'échangeur. 8. - Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les caloducs sont de nature différente pour s'adapter à la tempéra- ture des fumées tout le long de l'échangeur. 9. - Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le débit des fumées traversant les caloducs est contrôlé. 10. - Brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température d'admission des fumées dans les caloducs est contrôlée par dilution à l'aide d'air. 11. - Brûleur selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caracté- risé en ce que la température d'admission des fumées dans les caloducs est contrôlée par dilution avec des fumées froides recyclées.