Brevet FR2575542A1 — publié le 19860704

La présente invention a pour objet des brûleurs à fioul et des fours a cloche équipés de ces bruleurs. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des brûleurs. Les industries sidérurgiques et métallurgiques utilisent des fours à cloche pour recuire ou pour réchauffer des produits sidérurgiques, notamment des tôles laminées. L'objectif de la présente invention est de procurer des brûleurs à fioul destinés à chauffer des fours à cloche en récupérant une grande partie de l'énergie grâce à l'utilisation d'air de combustion chaud, ayant une température de l'ordre de 4500, qui est réchauffé par les fumées et gaz chauds sortant du four. On utilise une pluralité de brûleurs disposés obliquement à la périphérie du four. Compte tenu de la multiplication du nombre de brûleurs et de la récupération d'énergie sous forme d'air chaud, les brûleurs nécessaires sont des brûleurs de faible puissance, par exemple des brûleurs à fioul dont le débit nominal est de l'ordre de 6 Kg/h de fioul. L'objectif à atteindre est de procurer de tels brûleurs capables de produire une flamme ayant un profil thermique aussi homogène que celui que l'on obtient avec des brûleurs à gaz. Les brûleurs à fioul faisant l'objet de l'invention sont du type connu comportant un tube central qui véhicule du fioul sous pression et dont l'extrémité avant est équipée d'un pulvérisateur mécanique, un deuxième tube coaxial au tube central qui délimite avec celui-ci un espace annulaire dans lequel circule de l'air de balayage froid et des électrodes d'allumage. Un brûleur selon l'invention comporte, en outre, un conduit d'air de combustion qui débouche tangentiellement dans une chambre annulaire située légèrement en arrière du nez du brûleur. Ladite chambre est prolongée vers l'avant par un manchon qui entoure le nez du brûleur et qui porte un déflecteur d'air qui converge vers l'avant et qui s'etend en avant du nez du brûleur. Avantageusement, un brûleur selon l'invention comporte un troisième tube externe coaxial aux deux autres, qui délimite avec le deuxième tube un espace annulaire et il comporte un matelas isolant qui est situé dans ledit espace annulaire en arrière de la chambre annulaire dans laquelle débouche tangentiellement ledit conduit d'air. L'extrémité avant du deuxième tube porte un capuchon fileté dont l'extrémité avant est conique et est percée de trous dont les axes convergent en avant du brûleur et font avec l'axe du brûleur un angle de l'ordre de 300. Cet angle a été déterminé de sorte que les jets d'air de refroidissement assurent un bon accrochage de la flamme tout en évitant la formation de dépôts sur le pulvérisateur. L'invention a pour résultat des brûleurs à fioul, de faible puissance, destinés à équiper la périphérie d'un four à cloche. Les brûleurs selon l'invention sont conçus pour pouvoir utiliser de l'air de combustion chaud ayant une température de l'ordre de 4500C, qui est ré-chauffé dans un echangeur pour récupérer une grande partie des calories contenues dans les fumées et.les gaz chauds sortant du four. La chambre qui reçoit l'air chaud recyclé est située à proximité du nez du brûleur. La partie arrière du brûleur, qui est située à l'extérieur du four, est protégée de- la chaleur par un matelas isolant qui évite que l'air chaud ne puisse remonter dans la partie arrière du brûleur et par l'air de refroidissement qui circule dans l'espace annulaire compris entre le tube central et le deuxième tube. Les brûleurs selon l'invention sont conçus pour pouvoir fonctionner soit avec de l'air de combustion chauffé à une tmpéra- ture de l'ordre de 450"C, soit avec de l'air de combustion froid pendant le démarrage du four. Bien qu'ils comportent seulementunpulvérisateur mécanique sans circuit de retour du fioul, les brûleurs selon l'invention permettent de réaliser une variation du débit de fioul dans un -rapport de 1 à 5 en maintenant une flamme stable et thermiquement homogène grâce à leur conception et en particulier à la forme particulière du capuchon d'inyection d'air de balayage. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un brûleur selon l'invention. La figure I est une coupe axiale du brûleur. La figure 2 est une vue frontale selon Il-Il de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale selon III-III de la figure I. La figure 4 est une coupe axiale du nez d'un brûleur selon l'invention placé dans un ouvreau. La figure I est une coupe axiale d'un brûleur à fioul léger qui est destiné à équiper un four à cloche utilisé pour recuire des produits sidérurgiques par exemple pour réchauffer des bobines de tôles laminées. Le- four à cloche comporte plusieurs brûleurs disposés tangentiellement le long de sa périphérie. Ces brûleurs doivent produire des flammes ayant des profils thermiques homogènes afin d'éviter des surchauffes locales. Un brûleur selon l'invention comporte un premier tube axial I d'axe x xl, dont l'extrémité arrière la est connectée sur une arrivée de fioul, par exemple du fioul leger dit fioul domestique, sous une pression de 20 bars avec un débit nominal de l'ordre de 6 Kg/heure. L'extrémité avant du tube I est équipée d'un pulvérisateur mécanique lb sans circuit de retour qui est vissé sur le tube 1. Le brûleur comporte un deuxième tube 2 concentrique au tube I qui délimite avec celui-ci un espace annulaire 3 dans lequel circule de l'air de balayage froid. L'extrémité arrière du tube 2 comporte un embout 4 qui est connecté sur un flexible d'arrivée d'air à température ambiante. L'extrémité avant du tube 2 est filetée et elle est équipée d'un capuchon fileté 5. Le capuchon 5 a une forme conique convergente vers l'avant. L'extrémité avant du capuchon 5 est obturée par une cloison conique qui comporte un orifice central pour le passage du fioul pulvérisé et une pluralité de trous 6, par exemple au nombre de 12, pour le passage de l'air de balayage. Les axes des trous 6 convergent vers l'avant et font avec l'axe x xl un angle o l'ordre de 300. Cette inclinaison a été déterminée de sorte que les jets d'air de balayage assurent l'accrochage de la flamme au nez du brûleur, tout en évitant la formation de dépôts sur le pulvérisateur lb. De plus, la conception de ce capuchon permet de faire varier le débit de fioul dans des proportions de I à 5, tout en utilisant un pulvérisateur mécanique sans circuit de retour. Le brûleur comporte, en outre, deux électrodes d'allumage 7, constituées d'un fil métallique enrobé dans une gaine 8 en porcelaine isolante. Le brûleur comporte un troisième tube externe 9, coaxial aux deux autres, qui délimite avec le deuxième tube un espace annulaire 10. L'extrémité avant de ce troisième tube comporte un conduit en dérivation 11 qui débouche tangentiellement dans le tube 9. Le conduit 11 peut recevoir de l'air de combustion chaud, par exemple de l'air à une température de 4500C. Cet air provient d'un échangeur dans lequel il est chauffé par les fumées et gaz chauds sortant du four, de sorte qu'une grande partie des calories est récupérée et recyclée, ce qui permet de maintenir la température du four avec une faible consommation. de fioul. Le brûleur comporte un manchon isolant 12 qui remplit l'espace annulaire 10 en arrière de l'arrivée d'air chaud 11 et qui délimite avec les tubes 2 et 9 une chambre annulaire 13, située légèrement en arrière du nez du brûleur dans laquelle débouche le conduit 11. La chambre annulaire 113 est prolongée vers l'avant par un manchon 14 qui entoure le nez du brûleur. Le manchon 14 porte un déflecteur d'air 15 en acier réfractaire, dont la paroi interne est conique et converge légèrement vers l'avant. Ce déflecteur 15 s'étend en avant du nez du brûleur, de sorte que l'extrémité avant du capuchon fileté 5 est en retrait de 15 mm environ par rapport au plan de sortie du déflecteur 15. Un brûleur selon l'invention ne comporte pas d'accrocheur de flamme. Le déflecteur conique 15 et le capuchon 5 percé de trous 6 suffisent à maintenir la flamme bien accrochée au nez du brûleur. De plus, l'air de combustion qui est injecté tangentiellement dans la chambre cylindrique 13 voisine de l'extrémité du brûleur, sort du déflecteur 15 en tourbillonnant, c'est-à-dire avec une vitesse tangentielle, ce qui contribue à maintenir la stabilité. de la flamme et à obtenir une flamme ayant un profil thermique uniforme. L'injection de l'air de combustion chaud à proximité du nez du brûleur évite de porter l'ensemble du brûleur à haute tem pérature. Le manchon isolant 12 évite que l'air de combustion chaud ne penètre dans la partie arrière du brûleur. Le manchon 12 est composé par exemple d'un matelas de laine de roche qui entoure le tube 2 et les gaines isolantes 8 des électrodes. Ce matelas est intercalé entre deux disques 16 et 17 qui sont soudés sur le tube 2 et dont le diamètre externe est légèrement inférieur au diamètre interne du tube 9. Une collerette 18 est soudée sur la face avant du disque avant 17. Cette collerette porte trois vis de centrage 19 situées à 1200 l'une de l'autre, visibles sur la figure 3. Ces vis permettent d'ajuster la position de l'extrémité avant du brûleur par rapport au tube externe. L'extrémité arrière du tube 2 est soudée au centre d'une bride de fixation 20 qui est fixée sur la paroi du four. Les gaines isolantes des électrodes sont maintenues par un anneau métallique 21 qui est fixé sur la périphérie du-deuxième tube 2 et par un étrier 22 qui est maintenu par un boulon et un écrou 23. L'air qui circule dans l'espace annulaire 3 est de l'air de balayage à température ambiante, qui refroidit la partie arrière du brûleur. Les brûleurs selon l'invention équipant un four à cloche sont disposés à la périphérie du four sur plusieurs niveaux. Un four cylindrique ayant un diamètre de l'ordre de 2,60 m comporte, par exemple,douze brûleurs identiques répartis sur deux niveaux distants de 750 mm. Les brûleur pénètrent obliquement dans le four en faisant avec la direction des rayons un angle de l'ordre de 500. Chaque brûleur est disposé au centre d'un ouvreau en matériau réfractaire qui est ménagé dans le revêtement réfractaire du four. La figure 4 représente la forme particulière d'un tel ouvreau 24 et la disposition relative du brûleur par rapport à l'ouvreau. L'ouvreau 24, qui est coaxial avec le brûleur, comporte de l'arrière vers l'avant une ouverture cylindrique 25 dans laquelle le manchon 14 est engagé avec un très faible jeu. Cette ouverture cylindrique est prolongée par une ouverture tronconique 26, de faible longueur, par exemple avec un angle d'ouverture ss, de l'ordre de 70". L'ouvreau se prolonge vers l'avant par une deuxième ouverture 27 à profil tronconique légèrement divergent vers l'avant. L'angle d'ouverture y de cette partie tronconique est de 12" + 3 . La largeur axialedu tronc de cône 27 est de l'ordre de 95 mm et le plus grand diamètre de l'ouverture de l'ordre de 180 mm. La forme bitronconique de l'ouvreau et l'angle d'ouverture y sont des facteurs importants qui contribuent à la formation de remous autour de la flamme, lesquels entrainent la stabilité de ia flamme à tous les régimes de marche. On voit sur la figure 4 que l'extrémité avant de l'ouverture cylindrique 25 qui coïncide avec l'extrémité arrière de l'ou- verture tronconique 26 est très légèrement en retrait par rapport à l'extrémité avant du déflecteur d'air 15 et ce léger retrait contribue à la stabilité de la flamme. Les brûleurs selon l'invention sont destinés à fonctionner normalement en recevant de l'air chaud par le conduit 11. Toutefois, ils doivent pouvoir fonctionner au démarrage du four avec de l'air de combustion froid sans qu'il y ait formation de coke due à une combustion incomplète. La forme particulière de ces brûleurs, notamment l'arrivez d'air tangentielle par le conduit 11 à proximité du nez du brûleur, la présence d'un déflecteur d'air convergent entourant le nez du brûleur et la forme particulière du capuchon fileté 5 permettent d'cbtenir ce résultat. REVENDICATIONS 1. Brûleur a fioul destiné à équiper notamment des fours a cloche pour réchauffer des produits sidérurgiques du type comportant un tube central (1), dans lequel circule le fioul,dont 1 'extré- mité avant est équipée d'un pulvérisateur mécanique (lb) et un deuxième tube (2) coaxial,qui délimite avec ledit tube central un espace annulaire (3) dans lequel circule de l'air,et des électrodes d'allumage (7), caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un conduit d'air de combustion (11) qui débouche tangentiellement dans une chambre annulaire (13) située légèrement en arrière du nez du brûleur. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre annulaire est prolongée vers l'avant par un manchon (14) qui entoure le nez du brûleur et qui porte un déflecteur d'air (15) qui converge vers l'avant et qui s'étend en avant du nez du brûleur. 3. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit brûleur comporte un troisième tube externe (9) coaxial aux deux autres qui délimite avec le deuxième tube (2) un espace annulaire (10) et il comporte, en outre, un matelas isolant (12) qui est situé dans ledit espace annulaire, en arrière de ladite chambre annulaire (13) dans laquelle ledit conduit d'air (11) débouche tangentiellement. 4. Brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit matelas isolant (12) est composé de laine minérale et il est intercalé entre deux disques (16, 17) qui sont soudés sur le deuxième tube (2) et dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre intérieur du troisième tube (9). 5. Brûleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le disque (17) situé vers l'avant porte trois vis de centrage (19) qui s'appuient contre la paroi interne du troisième tube (9). 6. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité avant du deuxième tube porte un capuchon fileté (5) dont l'extrémité avant est conique et est percée de trous (6) dont les axes convergent en avant du brûleur et font avec l'axe du brûleur un angle(c)del'ordre de 300. 7. Brûleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la face avant dudit capuchon fileté (5) est en retrait de l'ordre de 15 mm par rapport au plan de sortie dudit déflecteur d'air (15). 8. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, placé au centre d'un ouvreau en matériau réfractaire (24), caractérisé en ce que ledit ouvreau débouche dans le foyer par une ouverture tronconique (27) qui diverge vers l'avant avec un angle (y) égal à 120 + 30. 9. Brûleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit ouvreau comporte, de l'arrière vers l'avant, une ouverture cylindrique (25) dans laquelle ledit manchon (14) est engagé avec un faible jeu, une première ouverture- tronconique (26) qui diverge vers l'avant avec un angle d'ouverture (ss) de l'ordre de 700 et ladite ouverture tronconique (27) qui diverge avec un angle d'ouverture (y) égal à 120 + 30. 10. Four à cloche équipé de brûleurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits brûleurs sont répartis à la périphérie dudit four sur deux niveaux et les axes desdits brûleurs sont disposés obliquement par rapport aux rayons du four avec lesquels ils forment un angle de l'ordre de 500.