Brevet FR2586789A1 — publié le 19870306

L'invention concerne les procédés de combustion d'un combustible et les dispositifs pour leur mise en oeuvre et a notamment pour objet les procédés de combustion d'un combUstible gazeux et les brûleurs pour leur mise en oeuvre. Le procédé de combustion d'un combustible gazeux et le brûleur pour sa mise en oeuvre peuvent être utilisés pour le chauffage des fours a chauffer, des fou-rs thermiques ainsi que d'autres installations thermotechniques. La combustion du combustible gazeux dans une torche ouverte de brûleurs à flamme laminaire ou dans une torche demi-ouvert de brûleurs a embouchure conique assure un chauffage regulier des articles, un régime hydraulique favorable des installations et la souplesse de la commande. On connaît bien un procédé de combustion d'un combustible gazeux (voir, par exemple, Erinov A.E.,Soroka B.E. "Ratsionalnye metody szhigania gazovogo topliva v nagrevatelnykh pechakh" ("Méthodes rationnelles de combustion de combustible gazeux dans des fours à chauffer"), Kiev, "Tekhnika ", 1970, pp. 182-215) consistant a amener un courant annulaire de gaz contenant de l'oxygène préalablement mis en tourbillon vers la surface d'une embouchure toroida- le d'un tunnel de brûleur et un courant central de combustible. La combustion du combustible se produit alors dans une torche ouverte. Le courant recirculant de produits issus de la combustion depuis l'atmosphère du volume intérieur d'une installation dans le volume intérieur de l'embouchure suivant son axe, produits qui font office de stabilisateur de la combustion, joue un rôle essentiel dans la conservation de l'état stable d'une torche ouverte. Toutefois, les produits de recyclage servent de source d'inflammation et ne stabilisent la torche du brûleur que dans des conditions déterminées, en particulier quand la temperature est suffisamment haute et la teneur en pourcentage du gaz combustible en oxygène est élevée.A une baisse du niveau thermique d'une install-ation entrainant une diminution de la tempéra ture du courant recirculant de produits de combustion depuis l'atmosphère du volume intérieur, il est indispensable d'augmenter la teneur des produits de combustion en oxydant, par exemple en aspirant l'air ambiant. Dans des installations fonctionnant aux basses températures, des fours thermiques dans lesquels on n'utilise pas l'aspiration de l'air ambiant, les conditions susmentionnées de l'inflammation et de la stabilisation d'une torche d'un brûleur ne sont pas respectées. Pour cette raison, il est impossible de brûler un combustible dans une torche ouverte dans les installations fonctionnant à des températures basses. On connaît bien un brûleur destiné à la mise en oeuvre d'un procédé de combustion d'un combustible gazeux (voir, par exemple, Erinov A.E., Soroka B.E.. "Ratsionalnye metody szhigania gazovogo topliva v nagrevatelnykh pechakh" (Methodes rationnelles de combustion de combustible gazeux dans des fours à chauffer) Kiev, "Tekhnika", 1970, p.183) comportant un corps pourvu d'un tourbillonneur et se rac- cordant par son ouverture de sartie à une embouchure toroi- dale d'un tunnel de brûleur. Un tuyau à gaz est loge dans le corps coaxialement à celui-ci. Une buse est montée sur son ouverture de sortie et est orientee coaxialement audit corps.Le brûleur connu mettant en oeuvre ce procédé de combustion du combustible gazeux ne peut fonctionner de maniere stable que dans les installations fonctionnant aux hautes températures. Dans les installations fonctionnant aux basses temperatures, il ne peut fonctionner qu'a une teneur elevée en oxydant de l'atmosphère du volume intérieur des installations. Si cette condition n'est pas respectee, des régimes pulsatoires de combustion dans ce brûleur qui perturbent un travail stable, ont lieu. On s'est donc propos de mettre au point un procedé de combustion de combustible gaeux et un brûleur pour la mise en oeuvre de ce procédé dans lequel l'amenée du gaz oxygené vers l'embouchure du tunnel de bruleur assurerait l'élévation de la stabilisation de la combustion lors de la combustion du combustible en régime d'une torche ouverte. Ce problème est résolu du fait qu'un procédé de combustion d'un combustible gazeux consistant à amener un courant annulaire de gaz oxygéné préalablement -mis en tourbillon et un courant central de combustible vers la surface d'une embouchure du tunnel d'un brûleur, est caractérise, selon l'invention, en ce qu'on amène, dans la zone située en dehors des limites du plan de l'amenée du courant central de combustible, un courant central complémentaire de gaz oxygéné, dont la teneur en oxygène est de 1 Z à 25 Z la quantité d'oxygène présente dans le courant de gaz oxygene préalablement mis en tourbillon. Le probleme est résolu aussi du fait qu'un bruleur mettant en oeuvre en procédé de combustion du combustible gazeux comportant un corps pourvu d'un tourbillonneur et se raccordant par son ouverture de sortie à une embouchure du tunnel du brûleur, un tuyau à gaz logé dans le corps, une buse etant montée sur l'ouverture de sortie dudit tuyau coaxialement au corps, est caractérisé, selon l'invention en ce que l:e brûleur est muni en ou-tre, d'un dispositif pour l'amenée de gaz oxygéné, disposé en dehors des limites de la buse du tuyau à gaz. I1 est avantageux que, dans le but de simplifier- la construction du brûleur, le moyen d'amenée de gaz oxygéné soit exécuté sous la forme d'un tuyau disposé coaxiabement au corps et que l'ouverture de sortie dudit tuyau soit disposée en dehors de la buse du tuyau à gaz. Le procédé revendique de combustion du combustible gazeux et le brûleur réalisant ce procéde permettent de brûler le combustible dans des torches ouvertes et demiouvertes des installations de chauffage de différents types y compris dans des installations fonctionnant aux basses temperatures en utilisant l'atmosphère du volume intérieur, dont la teneur en oxygène est faible. En utilisant le procéde decrit de combustion du combustible gazeux et le brûleur pour sa mise en oeuvre on élargit le domaine de l'utilisation des brûleurs à torches ouvertes et demi-ouvertes, on diminue les bruits produits par le fonctionnement des brûleurs et on élève la stabilité du fonctionnement et la fiabilité du fonctionnement. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, details et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références à un dessin unique non limitatif dans lequel est illustre en coupe partielle longitudinale, un brûleur mettant en oeuvre le procéde revendiqué de combustion d'un combustible gazeux, selon l'invention. Le procede de combustion du combustible gazeux consiste en ce qui suit. Un courant annulaire 1 de gaz oxygéné prealablement mis en tourbillon est amene sur la surface de l'embouchure 2 du tunnel d'un brûleur 3. Un courant central 4 de combustible est amené à la surface de l'embouchure 2 du tunnel de brûleur 3. Complémentairement, on amene dans la zone disposee en dehors du plan de l'amenée du courant cen-tral 4 du combustible, un courant central 5 de gaz oxygené dans lequel la quantité d'oxygene est de 1 Z à 25 %.la quantité d'oxygène présente dans le courant annulaire de gaz oxygéné- préalablement mis en tourbillon. Ce courant central 5 de gaz oxygéne empêche le courant 6 de produits de combustion recirculants de pénétrer dans la zone saturée de combustible dans laquelle le courant annulaire 1 de gaz oxygéné préalablement mis en tourbillon t le courant 4 de combustible interagit avec le courant 6 de produits de combustion recirculants et sature également ladite zone d'un oxydant complémentaire ce qui contribue à un allumage stable du courant 7 du mélange combustible-gaz oxygené. C'zest ainsi qu'on maintient separé de manière stable un courant 8 de produits de combustion, qu'on effectue la combustion stable du combustible independamment des condi tions thermiques et de la quantité d'oxydant libre dans l'espace utile d'une installation. Les limites de la teneur quantitative d'oxydant amené dans le courant central complementaire 5 de gaz oxygéné, sont definies en partant des faits suivants. L'amenee du courant central complémentaire 5 de gaz oxygéne dans lequel la quantité d'oxygene est inférieure à 1 Z de la quantité d'oxygene contenue dans le courant annulaire 1 de gaz oxygéné prealablement mis en tourbillon vers la zone dans laquelle le courant 7 du mélange combustible-gaz oxygéne interagit avec le courant 6 de produits de combustion recirculants, ne modifie pas la natune du processus qui se produit. L'augmentation de la quantité d'oxygène dans le courant central complémentaire 5 de gaz oxygene au-dessus de 25 Z de la quantite d'oxygene presente dans le courant annulaire 1 de gaz oxygène préalablement mis en tourbillon provoque un refroidissement de la zone de stabilisation de l'inflammation du combustible et change la direction du deplacement du courant 6 de produits de combustion recirculants et du courant 8 de produits de combustion. Le brûleur destiné à mettre en oeuvre le procedé de combustion du combustible gazeux comporte un corps 9 pourvu d'un tourbillonneur 10-, fixé sur la surface latérale du corps 9. L'ouverture de sortie 11 du corps 9 se raccorde à l'embouchure 2 du tunnel du brûleur 3. Le brûleur comprend un tuyau à gaz 12, logé dans le corps 9. Une buse 14 est montée dans l'orifice de sortie 13 dudit tuyau à gaz coaxialement au corps. Un moyen d'amenée de gaz oxygéne constitué par un tuyau 15, dont l'ouverture de sortie 16 est logee en dehors de la buse 14 dans la zone du début de stabilisation de l'inflammation de la torche, est monté coaxialement au corps 9. Le brûleur mettant en oeuvre le procédé de combustion du combustible gazeux fonctionne de la manière suivante. Le courant de gaz oxygene parvient dans le tourbillonneur 10 du corps 9. Le courant de gaz oxygéné est alors mis en tourbillon par le tourbillonneur 10. Le courant central 4 de combustible debouche de la buse 14 dans le courant annulaire 1 de gaz oxygéne préalablement mis en tourbillon. En conséquence, il se forme un mélange combustible-gaz oxygené en aval du plan de la buse 14. A une certaine distance par rapport à la buse 14, on introduit, suivant l'axe du corps 9 depuis le tuyau 15, le courant 5 de gaz oxygéné à la rencontre du courant 6 des produits de combustion recirculants. Ce courant empeche le courant 6 de produits de combustion recirculants de pénétrer suivant l'axe du corps 9 et sature en oxydant la zone d'interaction du courant 7 de melange combustible-gaz oxygéné et du courant 6 de produits de combustion recirculants. On crée ainsi les conditions pour la présence constante de la zone de stabilisation de l'inflammation et on garantit par cela meme l'indépendance du caractère de fonctionnement du brûleur vis-à-vis des conditions thermiques règnant dans l'espace utile d'une installation de chauffage. L'application du procede de combustion d'un combustible gazeux et du brûleur pour sa mise en oeuvre dans des fours de chauffage et des fours thermiques assurent une combustion stable d'un combustible gazeux en régime d'une torche ouverte et, par conséquent, un chauffage regulier et faiblement oxydant des pieces à chauffer ce qui contribue à l'élévation de la qualité des pièces chauffées et à la réduction des pertes du métal dont elles sont fa briquets. REVENDICATIONS 1 - Procédé de combustion d'un combustible gazeux consistant à amener un courant (1) de gaz oxygéné annulaire préalablement mis en tourbillon et un courant central (4) de combustible vers la surface d'une embouchure (2) d'un tunnel d'un brûleur (3), caractérisé en ce qu'on amène, dans la zone située en aval des limites du plan d'amenée du courant central (4) de combustible, un courant central complémentaire (5) de gaz oxygéné dont la teneur en oxygène est de 1 Z à 25 Z celle du courant annulaire (1) de gaz oxygéné préalablement mis en tourbillon. 2 - Brûleur pour la mise en oeuvre du procéde de combustion d'un combustible gazeux de la revendication 1 comportant un corps (9), pourvu d'un tourbillonneur (10) et se raccordant par son ouverture de sortie (11) à une embouchure (2) d'un tunnel du brûleur (3), un tuyau à gaz (12) logé dans le corps (9) et sur l'ouverture de sortie (13) duquel est montée, une buse (14) coaxialement au corps (9), caractérise en ce qu'il est muni en outre, d'un moyen pour 1 'amenée d'un gaz oxygéne, disposé en dehors des limites de la buse (14) du tuyau à gaz (12). 3 - Brûleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'amenée de gaz oxygéné est exécuté sous la forme d'un tuyau (15) dispose coaxialement au corps (9) et en ce que l'ouverture de sortie (16) de ce tuyau est disposée en dehors des limites de la buse (14) du tuyau à gaz (12).